Au début du XVIe siècle, le Maghreb central connait une décadence, une fragmentation politique et une offensive espagnole. Les Espagnols occupent plusieurs villes côtières et imposent à d’autres de payer un lourd tribut.

L'oligarchie citadine commerçante d'Alger, désigne le chef de la tribu arabe des Tha'alibi, Salim at-Toumi émir de la ville qui sera favorable à un compromis avec les Espagnols. Les Espagnols construisent sur un des îlots face à Alger, une forteresse : le Peñon d’Alger, qui menace la ville. Les Algérois, séduits par la protection dont bénéficiaient les habitants de Jijel et excités par les anciennes antipathies des monarchistes, font appel aux frères Barberousse. Ces derniers s’étaient distingués par l’aide fournie aux musulmans andalous.

En 1516, Arudj Barberousse se proclame sultan d'Alger et repousse une attaque espagnole. Ensuite, il s'empare de Ténès, Miliana, et Médéa. Il organise l'administration de la ville et poursuit la lutte contre les Espagnols et leur principal vassal, le roi de Tlemcen. En 1517, il confie le gouvernement à son frère Khayr ad-Din, et se lance dans la conquête de l'ouest. Mais cette tentative échoue, il est tué à Rio Salado (El Malah), défait par les Espagnols en 1518.

Son frère Khayr ad-Din Barberousse lui succède, sentant le danger à l'ouest, il sollicite l'appui ottoman, et demande au sultan de Constantinople Sélim Ier de lui reconnaitre son pouvoir et de lui accorder sa tutelle à Alger. Ayant prêté hommage au sultan-calife, il devient le premier dirigent de la régence ottomane d'Alger qui sera officialisé en 1520 et sera nommé beylerbey. Il reçoit l'aide militaire ottomane, peu après il cherche à regrouper le Maghreb central sous son autorité, il commence par la Kabylie où il se heurte au roi de Koukou puis il conquit le Constantinois et déloge les Espagnols du Penon d'Alger.

Au XVIe siècle, alors que la Berbérie est le théâtre d'une lutte intense entre Espagnols et Ottomans, ces derniers s’appuyaient sur les corsaires qui ont pris le pouvoir à Alger. L'autorité des beylerbeys s’étendait sur les régences d'Alger, de Tunis et de Tripoli. Dans la hiérarchie ottomane, les trois beylerbeys d'Anatolie, de Roumélie et d'El-Djazaïr venaient directement après le Sultan, l'autorité de celui d'El-Djazaïr était absolue. Hassan Agha qui succède à Khayr ad-Din Barberousse, triomphe sur Charles Quint lors de l'attaque d'Alger en 1541 et recueille un prestige énorme auprès des populations. Les autres beylerbeys importants sont Hassan Pacha, fils de Barberousse, Salah Raïs et Uludj Ali.

Les beylerbeys s'étendaient à l’intérieur du pays, et sont à l'origine de l'organisation des Beyliks dans les provinces. Ils luttent à la fois contre les Espagnols, les Chérifs marocains et les pouvoirs locaux : Tlemcen est prise définitivement en 1554, Bougie en 1555 et les Espagnols sont vaincus lors de la bataille de Mazagran en 1558 près de Mostaganem. Ils s'allient également avec certaines tribus, et nomment des hakems dans les villes et des caïds dans les tribus soumises, ils construisent des bordjs pour les garnisons et des postes au long des routes. Les Béni Abbès sont soumis et le Royaume de Koukou en Kabylie est évincé, les tribus de l'intérieur font leurs soumissions, et Salah Rais pénètre jusqu’au Touggourt et Ouargla dans le Sud.

À partir de 1671, des deys sont désignés à la tête du Diwan par une aristocratie au sein de laquelle rivalisent la taïfa des raïs (les armateurs et capitaines de navire) et les officiers de l'Odjak (milice des Janissaires). En 1710, les deys prennent le titre de pacha et n'acceptent plus les représentants du Sultan à leurs côtés, affirmant ainsi leur indépendance de la Sublime Porte et imposent leur autorité aux raïs et aux janissaires. C'est lors de cette période que se stabiliseront définitivement les frontières orientales et occidentales de la Régence et la reprise définitive d'Oran et de Mers el Kebir aux Espagnols.

Après une période de prospérité et de stabilité politique au xviiie siècle, l'Algérie entre à la veille de la conquête française, dans une crise qui coïncide avec le déclin de l'Empire ottoman et la montée en puissance de l'Europe occidentale. En 1786, la peste se propage et s'installe de façon endémique dans le pays, elle est suivie à partir de 1803, d'une famine causée par des années de sécheresse et aggravée par le développement de grandes révoltes populaires.

La Régence connaît également une crise politique latente. En 1805, la milice des janissaires assassine le dey Mustapha Pacha, accusé de complicité avec les négociants juifs, qui auraient continué à exporter des céréales alors que la famine sévissait. Ce qui marque le début d'une série de coups d'État sanglants de 1805 à 1817, auxquels six deys sont renversés et exécutés. Pour tenter de mettre fin à ce cycle de violences, le dey Ali Khodja, arrivé au pouvoir en 1817, s'entoure de gardes surtout autochtones. Les janissaires révoltés sont massacrés ; les survivants sont renvoyés en Turquie.

Sur le plan extérieur, la montée des puissances européennes en conséquence de la Révolution industrielle, l'ascension des bourgeoisies marchandes et l'essor de la colonisation conduisent à un changement radical du rapport de forces entre l'Empire ottoman et les puissances européennes. Le gouvernement ottoman fait pression sur Alger pour mettre fin à la course ; alors même que, la course d'Alger devient assez dérisoire et surtout symbolique depuis la destruction de la flotte d'Alger par une expédition anglaise en 1816. En 1819, une flotte franco-anglaise se présente devant Alger pour informer le dey que les puissances européennes ont décidé d'interdire l'esclavage des Européens. En 1830, lorsque les Français débarquent à Alger, la ville était décimée par les épidémies et les exodes, et ne comprenant plus que 122 captifs.