Období švédské nadvlády v Estonsku (1561–1710) znamenalo pro region éru významné politické a sociální transformace. Tato kapitola estonské historie začala během Livonské války, kdy místní pobaltská německá šlechta v severním Estonsku, včetně Harrien (Harjumaa), Wierland (Virumaa) a města Reval (Tallinn), hledala ochranu u švédské koruny. Švédský král Eric XIV přijal jejich odvolání v roce 1561, což vedlo k vytvoření Estonského vévodství pod švédskou vládou. Během několika dalších desetiletí Švédsko rozšířilo svůj vliv v regionu, po smlouvě z Altmarku v roce 1629 získalo kontrolu nad jižním Estonskem (Livonsko) a v roce 1645 získalo od Dánska ostrov Saaremaa, čímž ovládlo celé dnešní Estonsko.
Švédská angažovanost v Estonsku byla řízena jak ekonomickými, tak strategickými zájmy. Pozice Estonska jako brány pro obchod s Ruskem byla velmi cenná a kontrola regionu dovolila Švédsku zabránit svým soupeřům, zejména Dánsku a Rusku, získat oporu poblíž Finska ovládaného Švédskem. Místní pobaltská německá šlechta si zachovala významnou autonomii a její privilegia byla pod švédskou nadvládou respektována. Koncem 17. století však král Karel XI. zahájil reformy zaměřené na omezení moci šlechty a zlepšení podmínek pro estonské rolnictvo.
Baltské provincie Švédské říše v 17. století. Současné Estonsko se skládá z Estonského vévodství a částí švédského Livonska. @Thomas Blomberg
Během švédské nadvlády byla provedena řada reforem, které pomohly zlepšit právní a sociální postavení místního obyvatelstva, zejména ve druhé polovině období. Švédské úřady podporovaly luteránství, rozšířily vzdělání založením univerzity v Tartu a poskytovaly estonské překlady náboženských textů, což přispělo k šíření gramotnosti. Období je někdy nostalgicky označováno jako „staré dobré švédské časy“ ( vana hea Rootsi aeg ), odrážející pozdější pozitivní názory na švédskou vládu, zejména ve srovnání s drsnými podmínkami za následné ruské nadvlády.
Velká severní válka (1700–1721) ukončila švédskou nadvládu v Estonsku. Navzdory počátečním švédským vítězstvím, jako byla bitva u Narvy v roce 1700, válka nakonec viděla, že ruské síly pod vedením Petra Velikého dobyly klíčová města jako Riga a Tallinn. V roce 1710 švédské Estonsko kapitulovalo před Ruskem a válka formálně skončila Nystadským mírem v roce 1721, který potvrdil ruskou kontrolu nad Estonskem. To znamenalo konec švédského vlivu v regionu a začátek ruské hegemonie, která bude trvat staletí.