Under 1900-talet genomgick Piteå stora förändringar. Traditionella näringar som fiske och jordbruk minskade i betydelse under industrialiseringen. Sågverksindustrin blev en storindustri. Även tjänstesektorn blev en viktig näringsgren, liksom utbildning och turism. Landhöjning, bränder och rivningar påverkade stadsbilden och miljonprogrammet fick den tidigare trästaden Piteå att sträva mot höjden när Zonområdet byggdes.
1900-talet var ett dynamiskt sekel med stora förändringar. Omkring 1915 hade tätorten Piteå cirka 2 800 invånare. År 2019 har Piteå kommun drygt 42 000 invånare. År 1967 slogs Piteå stads-, Piteå lands-, Hortlax och Norrfjärdens kommuner samman till en storkommun. Då flyttade också kommunstyrelsen ut från Rådhuset (nuvarande museet), till det nybyggda Stadshuset på Strömbackas nordöstra sida.
Vid 1960-talet skedde en utbyggnad av sågverksindustrin. SCA och ASSI byggde stora pappersbruk för förädling av massaprodukter till kraftliner. Landhöjningen medförde att Södra hamnen vid stadskärnan blev obrukbar på 1970-talet. Haraholmens djuphamn byggdes istället, ungefär en mil sydöst om Piteå. Idag ligger Timmerleden, Coop och ICA på den plats där hamnen tidigare låg. Turismen blev en näring att räkna med från mitten av seklet. Då blev Pite havsbad känt som Nordens Riviera. Turismen har fortsatt att expandera under hela 1900-talet.
På 1940-talet tog stadsomvandlingen fart. Äldre trähus revs och ersattes av moderna byggnader i tegel och puts. I början av 1970-talet ökade skalan. Fyra kvarter i den södra delen av staden revs nästan helt. Där uppfördes stora betonghus, klädda med plåt och tegel, det så kallade Zonområdet. I centrum ersattes de små butikerna av större kedjor, gallerior och köpcentra.
Fortfarande sker stora förändringar i Piteå stads centrum. Den gamla trästaden med sin småskaliga arkitektur kontrasterar mot de nya höghus som byggs. Hur den gamla trästaden en gång såg ut, syns enbart bland trähusen vid Rådhustorget och i stadsdelen Norrmalm.