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纵观世界知名大都市20世纪的发展历程，其城市空间结构大致经历了由集中到分散、由单中心到多中心，并不断完善调整的发展过程。
20世纪初至60年代，工业化助推城市郊区化发展，产业结构以第二产业为主，第三产业得到较快发展。城市形态大多为单中心结构，部分城市建成区虽分化成为几个发展核心，但单中心形态未变。人口增长和工业外迁导致城市无序扩张，形成以内城为核心的都市区空间模式。各都市尽管尝试通过绿带和卫星城设定边界来控制扩张，但又因快速城市化和人口增长而被突破。单中心都市区空间结构因功能和人口过度集聚而无法满足城市运作需求。
20世纪初，随着经济繁荣和人口集聚，伦敦出现了交通拥堵和工业工厂向郊区转移的现象，标志着郊区城市化的开始。至第二次世界大战前，伦敦人口突破800万，城市建成区持续扩张。为缓解人口密集问题，英国政府于1938年提出用“绿带”限制伦敦城市建设用地扩张，但并未能遏制城市整体发展。伦敦的新增人口和产业仍在绿带外围的乡村地区蔓延。
为了应对城市无限蔓延，1944年伦敦在阿伯克隆比的领导下完成了大伦敦规划，覆盖6735平方千米的区域。随后，伦敦市和伦敦郡的规划也相继出台。1946年，英国政府通过《新城市法》，将大都市区的新城建设纳入政府计划。1950—1965年，伦敦主要遵循大伦敦规划和《新城市法》进行发展，并成功建立了8座新城。尽管这一规划对控制伦敦市区的扩张和改善环境有一定效果，但人口和经济集中问题依然严峻。
19世纪末，工业化的浪潮推动了巴黎城市建设的迅猛发展，然而，由于缺乏有序规划，工业企业和独立住宅无序地向近郊扩展，形成了过度蔓延的趋势。为了进行有效的规划管理，法国于1932年立法，引入非行政性质的区域规划，从市镇和地区两个层次进行规划。尽管早期的规划（如1934年、1956年和1960年的巴黎地区国土开发计划）都致力于通过限制建设用地扩张来遏制郊区蔓延，并采用了绿带控制、多核发展和卫星城建设等措施，但由于这些规划未能顺应城市化的客观规律，因此在实践中效果并不理想。特别是第二次世界大战以后，巴黎迅速进入城市化高速发展的阶段，实际人口增长远超预期，给巴黎地区带来了巨大的压力，规划的城市建设区很快就被突破。
1946年，东京制定了首都复兴规划纲要，计划在1950年前后恢复到战前水平。随着城市化加速，大量人口、产业迅速向东京集聚，导致出现住宅、交通、环境等一系列大都市问题。为抑制人口增长，东京于1958年开始了首次首都圈规划，仿照大伦敦规划，在建成区周围设置5~10千米环形绿带并在周围设立卫星城，以控制建成区工业用地的持续扩展。然而，因利益集团反对和国家开发机构在绿带开发住宅，绿带设想未能实现，卫星城变为“卧城”，未能有效控制人口增长。1968年，日本第二次首都圈规划在距都心50千米处设立近郊储备地带，以取代原先的绿带，并进行中心城区的大规模改造和城市外围开发。尽管部分人口和产业外迁，都市圈内部仍持续集中，导致自然景观和居住文化的多样性逐渐丧失。
20世纪60年代至90年代，各大都市的产业结构逐步优化，第三产业快速发展，人们生活水平提高，交通出行需求呈多样化，城市吸引力进一步增强。城市管理者逐步意识到单核心都市空间结构无法抑制城市蔓延发展的态势，需在更大的范围内引导经济和人口的分布，实现整个区域均衡发展。各大都市相继制定了以新城、发展轴为载体的区域空间规划，力图形成与中心城相抗衡的反磁力体系，实现更大范围的区域平衡发展，在经历了20~30年的持续发展后，初步形成了多中心的空间结构。世界大城市发展规律表明，都市圈发展成熟后通勤圈范围一般为50~70千米。
由于英国对大城市采取控制和疏散政策，导致伦敦市中心区的相对萎缩与衰落。英国的城市政策也发生了变化，即从疏解大城市的人口和工业，转向了协助大城市复兴内城经济。第二次世界大战后，英国城市从工业化向后工业化转变，第三产业蓬勃发展。20世纪60年代，伦敦提出新的发展规划，强化区域性中心城镇作用，在伦敦的若干辐射轴上，建设规模足够大的8个反磁力中心城镇，以有效解决伦敦中心城市的拥挤问题。20世纪60—70年代新城规模扩大，达到50万人口，相当于英国大城市规模。伦敦都市区人口也增加到873万人。然而，英国对大城市的控制和疏散政策导致伦敦市中心衰退。英国的城市政策随之转变，从疏散人口和工业转向复兴内城经济。1976年9月宣布改变控制与疏散大城市及建设卫星城的有关政策。1978年通过了《内城法》，停止了新城建设而转向了旧城改建和保护。
20世纪60年代，法国开始考虑从不同层次的区域引导经济和人口的分布，制定全国性的平衡发展规划，确立“发展轴—多中心”的点轴式城市空间格局，实行地区增长中心综合化、多样化建设原则。1964年，巴黎地区成立一级行政建制，面积扩大至12000平方千米，并于1965年完成《巴黎地区国土开发与城市规划指导纲要（1965—2000）》（SDAURP）。该规划指出，巴黎的放射形同心圆结构导致中心拥挤。面对20世纪60年代后的城市化加速和人口增长，规划认为城市建设用地扩大是必然趋势，建议沿东南和西北方向建设5个50万人口的新城，利用交通基础设施引导城市发展，作为优先发展轴地区的主要交通手段。20世纪下半叶，巴黎通过成功的区域开发实践，实现了人口向近郊和远郊的扩散。近郊形成了9个副中心和若干工业小区，人口约880万。远郊则发展了5座距离巴黎25~30千米的新城，人口规模约30万，产业结构丰富，包括专业制造、高科技研发和教育等。这些新城设施完善，提供多种就业机会，居民享有与巴黎同等的生活水平。
日本政府发现中枢功能过度集中的区域结构对社会经济安全不利，于是在1976年提出第三次首都圈规划，旨在分散首都圈的中枢管理功能，建立区域多中心城市的“分散型网络结构”。在周边地区发展农业、工业的同时，增加教育和文化功能。1986年的第四次首都圈规划延续了第三次规划思想，对周边核心城市（新城）进行调整。随着周边地区（外围新城）的崛起，城市结构从单中心向多中心转变，最终形成由山手环线、武藏野铁路环线和其他国铁、私铁构成的铁路网络，引导多中心的组团化结构。
20世纪90年代至今，各大都市相继进入后工业化时代，面临多元发展挑战，围绕巩固世界城市地位、促进经济发展、社会公平、可持续发展的目标，均对空间规划进行了优化和新的拓展。
伦敦在20世纪80年代后期的分散发展使其难以适应全球化发展要求，迫切需要统筹规划以应对国际竞争和挑战。因此，英国于1999年通过《大伦敦市政府法》，于2000年成立大伦敦市政府，负责统筹规划。市长负责编制战略规划，明确伦敦与周边地区的关系，并要求各城区与其协调。经过民主决策，2004年完成《大伦敦空间发展战略》，为伦敦提供新的发展框架。
20世纪90年代，在全球经济结构调整和就业岗位减少、失业率升高、人口增长缓慢、地区发展不平衡的背景下，1994年的《法兰西岛地区发展指导纲要》强调整合巴黎盆地乃至法国的力量参与国际竞争，追求质量和区域协调发展。2007年的“大巴黎计划”则进一步向西扩展至勒阿弗尔市，通过塞纳河沿岸的生态规划将巴黎、鲁昂和勒阿弗尔连接成一个大巴黎区域，以塞纳河为中心，推动城市协调发展。
20世纪90年代，日本进入后工业化阶段。第四次规划后，首都圈中心过密和地域结构不平衡问题依然严重。1999年的第五次首都圈规划提出建立多中心城市“分散型网络结构”，通过基础设施改造和都市空间重组，改变东京中心的单极依存结构，实现分散化、网络化的区域空间结构。2000年，东京都市政厅提出“东京构想”，关注城市再改造，提出东京友好居住区规划的策略，通过交通、环境、居住区的建设，为城市各阶层创造一个舒适的环境。伴随着日本国际化和金融时代的到来，政府不断强化中心区的国际金融和高层管理功能，并推行以中型都市圈为中心的区域联合和独立性提升策略。