Jena under 1800-talet.

De 14 oktober 1806 besegrade Napoleon Bonaparte de preussiska och sachsiska arméerna vid Slaget vid Jena-Auerstedt. Slaget som hölls på höjderna framför staden orsakade svåra skador på staden och universitetet. Ett starkt motstånd väcktes mot Napoleons styre, speciellt bland stadens studenter där flera gick in i frikåren Lützowsches Freikorp.

År 1815 grundades studentrörelsen Urburschenschaft som verkade för ett nationellt enande av de tyska länderna.

Universitetet spelade en viktig roll för stadens ekonomi tillsammans med boktryckeriet och vin-, trädgårds-, humleodlingar och åkerbruk som växte. Från 1800 började startades mindre industriella verksamheter upp i Jena, 1820 startades ett kamgarnspinneri som 1840 hade 100 anställda och som 1864 började använda sig av ångmaskiner i produktionen. År 1830 hade Jena 5491 invånare. Jena blev en järnvägsknutpunkt då Saalbanan (Saalbahn) byggdes mellan Großheringen och Saalfeld 1874 och linjen Gera-Weimar 1876. Industrialiseringen av Jena fortsatte med grundandet av en pianofabrik (pianoforte) 1843, en ugnsfabrik 1859, en cementfabrik 1886 och 1895 en mätinstrumentfabrik.

De för staden viktigaste industrier grundades under samma tid. Carl Zeiss grundade sina optiska verkstäder 1846 som från att ha haft tjugo medarbetare 1820 växte till en storindustri och världsföretag under Ernst Abbes ledning vad gäller finmekanik och optik. Samarbetet med Otto Schott och dennes glasfabrik gav impulser till uppgången och 1886 tillverkade man 10 000 mikroskop. 1889 skapades stiftelsen Carl-Zeiss-Stiftung som kom att ge stora bidrag till universitetet som vid samma tid hade en av sina mest berömda lärare, zoologen Ernst Haeckel. År 1841 promoverade Karl Marx i Jena. År 1908 byggdes en ny huvudbyggnad för universitetet. Antalet studenter steg från 500 till 2 000 mellan 1880 och 1914. Framförallt de naturvetenskapliga och medicinska institutionerna byggdes ut. Förlagen Gustav Fischer och Eugen Diederischs berikade staden. År 1879 tog domstolen Oberlandesgericht upp sin verksamhet i Jena för alla stater i Thüringen.

Den 19 mars 1901 invigdes stadens elverk och 1 april följde under pompa och ståt invigningen av spårvägen. I samband med hopslagningen av de olika delar av Thüringen blev Jena 1920 huvudstad i delstaten Thüringen. Staden Jena blev 1922 kretsfri stad och samtidigt skapades Landkreis Jena. Under Kristallnatten (Novemberpogrome) 1938 skedde antijudiska angrepp och judiska affärer bojkottades och den judiska befolkningen situation försämrades kraftigt.

Under andra världskriget bombade de allierade staden med sin höjdpunkt under februari och mars 1945 vilket ledde till svår förstörelse av Jena. I samband med att staden besköts av amerikanskt artilleri 11 april 1945 dödades 40 människor. Den 13 april 1945 ockuperade amerikanska trupper Jena utan stridigheter. Den 1 juli 1945 följde övertagandet av sovjetiska trupper. Under kriget förstördes 14 procent av Jena och 800 människor omkom vid luftanfallen.

Den 15 oktober 1945 var Jenas universitet det första universitet i Tyskland som började sin verksamhet igen efter kriget. År 1946 skedde nedmonteringarna av Zeiss- och Schott-verken, de nedmonterades till 94 procent och 300 specialister från verken fördes till Sovjetunionen för att där bygga upp verken på nytt. År 1950 grundades Jenapharm. Jena hörde under DDR-tiden till Bezirk Gera (1952–1990).

I samband med arbetarupproret 17 juni 1953 kom 30 000 av invånarna i Jena att protestera mot DDR-regeringens åtgärder. Demonstranterna krävde fria val, Tysklands återförening och DDR-regeringens avgång. För att slå ner upproret gick sovjetiskt pansar in i staden. Undantagstillstånd infördes och flera hundra personer greps. Den 18 juni 1953 avrättades den i Jena födde verkstadsarbetaren Alfred Diener som tillsammans med två andra förde fram kraven till SED:s lokalavdelning. Diener avrättades i den sovjetiska kommandaturens byggnad i Weimar.

År 1957 inleddes byggandet av nya bostadsområden i betong. Åren 1965–1975 byggdes det stora området Jena-Lobeda-West och 1971–1983 följde området Jena-Lobeda-Ost. Dessa områden var en av det östtyska miljonprogrammet. I slutet av 1960-talet skapade man en ny stadskärna då man rev den historiska innerstaden kring Eichplatz och byggde ett höghus tillhörande universitetet.

År 1975 blev Jena DDR:s fjortonde storstad i och med att antalet invånare översteg 100 000. År 1989 ägde den största demonstrationen i Jenas historia rum då 40 000 deltog vid ett medborgarforum i centrala Jena.