A inicios de la Edad Moderna, Valladolid pasó a ser el centro político-administrativo del reino castellano-leonés y su influencia se proyectó incluso fuera de él. Fue sede del consejo de Indias, en Valladolid tuvieron lugar las reuniones de Cortes, el establecimiento de la Chancillería, la boda de los Reyes Católicos y la muerte de Cristóbal Colón.

Palacio de los Vivero. Construcción del s. XV, inicialmente fue propiedad de la familia Pérez Vivero, Vizcondes de Altamira, vinculados a la monarquía desde los tiempos de Juan II. En la "Sala Rica" tuvo lugar la boda de los Reyes Católicos en 1469. De esquema gótico-mudéjar, inicialmente contaba con muralla y torre, desaparecidos en 1471. De estilo flamígero son la portada, con arco carpanel y la embocadura de la escalera.

Real Chancillería. (Actual biblioteca universitaria Reina Sofía). A finales del s. XV, los Vivero perdieron la propiedad del Palacio y los Reyes Católicos lo habilitaron para Chancillería. Posteriormente debido al crecimiento del Tribunal, se amplió el edificio. En el s.XVI, se construyó el archivo del Tribunal, aprovechando el solar vacío entre el Palacio original y la cerca. Entre los siglos XVII y XVIII, se levantó un nuevo edificio destinado a cárcel. En una dependencia próxima debió de tener su sede el Consejo de Indias.

Convento de las Descalzas Reales. Construcción del s. XVII realizada por Diego de Praves según trazas de Francisco de Mora. El convento ocupa un amplio espacio entre las calles Ramón y Cajal, San Martín y del Prado. La obra de principios del s. XVII constituye parte de la clausura y la iglesia. Destacan el claustro de orden toscano y la iglesia construida en ladrillo sobre basamento de piedra. En el interior se conserva el retablo de arquitectura en madera realizado en 1612, obra de Juan de Muniátegui, del escultor Gregorio Fernández y del pintor Santiago Morán.

Muy próximo, en la calle Santa Clara, se encuentra el Convento del mismo nombre. Fue el Presidente de la Chancillería de Valladolid y Obispo de Sigüenza, Juan Arias Villar, quién edificó esta iglesia, que es el convento más antiguo de la ciudad (anterior al s. XIII). Las partes conservadas que corresponden a tiempos de los Reyes Católicos son el coro y la capilla, así como la bóveda gótica. Posteriormente sufrió modificaciones en estilo barroco. Guarda una imagen de la Inmaculada, obra de Gregorio Fernández.

Frente a la Facultad de Medicina nos encontramos con el Monasterio de las Huelgas Reales. Fundado en el s. XIII por la Reina María de Molina. Contiene varios estilos artísticos desde el mudéjar al clasicista. Del s. XV se conservan un torreón y en el interior el sepulcro de alabastro de María de Molina. Asimismo contiene obras posteriores de Juan de Juni y Gregorio Fernández entre otros.

Junto al monasterio se encuentra la Iglesia de la Magdalena, en la calle Colón. Este edificio nos remite a la actuación española en América edificada por Pedro de la Gasca, virrey del Perú (y Obispo de Palencia y Sigüenza), con la intención de utilizarla como panteón funerario. La fachada muestra un gran escudo monumentalizado de Pedro de la Gasca, muy al gusto renacentista. En el interior, en el centro de la nave se enuentra su sepulcro yacente, obra de Esteban Jordán de 1571, autor también del Retablo Mayor dedicado a la Magdalena.

El 20 de Mayo de 1506 Cristóbal Colón moría en Valladolid. En 1965 el ayuntamiento de la ciudad construyó la Casa-Museo de Colón a imagen del palacio virreinal que Don diego Colón levantara para residencia familiar en Santo Domingo. En 2006 la Casa-Museo es renovada presentando un nuevo tipo de equipamiento cultural que aúna el rigor de un museo con una serie de medios de representación propios de un centro de interpretación. De este modo, los visitantes pueden adentrarse en la gran aventura de Colón mediante diversos espacios narrativos que de forma interactiva explican las claves de la vida del Almirante.