On trouve sur l’île de la Cité des monuments anciens emblématiques. La cathédrale Notre-Dame, de style gothique, principalement bâtie du xiie siècle au xiiie siècle, a été très restaurée au xixe siècle et sa façade occidentale nettoyée à la fin du xxe siècle. Elle est symboliquement le noyau de Paris et les distances routières françaises sont mesurées à partir de son parvis. L’ancien palais de la Conciergerie fut le siège du pouvoir royal jusqu’au règne de Charles V, dans la seconde moitié du xive siècle. Une partie du bâtiment fut dès lors aménagée en prison et fut notamment le lieu de détention d’illustres personnalités de l’Ancien Régime avant leur exécution, lors de la Révolution française. La Sainte-Chapelle, construite à proximité de la Conciergerie, est considérée comme un chef-d’œuvre de l’architecture gothique. Le pont Neuf, à l’extrémité occidentale de l’île et datant de la fin du xvie siècle, est le plus vieux pont de Paris en l’état.
Des monuments de style classique marquent également le centre de Paris de leur empreinte. La chapelle de la Sorbonne au cœur du quartier latin, a été construite au début du xviie siècle. Le Louvre, résidence royale, a été embelli au xviie siècle et plusieurs fois retouché par la suite. L’Hôtel des Invalides, avec son fameux dôme doré, fut érigé à la fin du xviie siècle dans les faubourgs de la ville par un Louis XIV soucieux d’offrir un hospice aux soldats blessés. Il abrite depuis le 15 décembre 1840 les cendres de Napoléon Ier et son tombeau depuis le 2 avril 1861. Le Panthéon, édifié quant à lui à la fin du xviiie siècle à proximité de la Sorbonne, est devenu sous la Révolution un temple civil où des Français illustres sont enterrés.
Le patrimoine du xixe siècle est très abondant à Paris avec notamment l’Arc de Triomphe, les passages couverts, le Palais Garnier, construit à la fin du Second Empire et au début de la Troisième République et qui abrite l’opéra de Paris, et la Tour Eiffel, construction “provisoire” érigée par Gustave Eiffel pour l’Exposition universelle de 1889 mais qui ne fut jamais démantelée. Elle est devenue le symbole de Paris, visible de la plupart des quartiers de la ville et parfois de la proche banlieue.
Au xxe siècle, de nombreuses réalisations des plus grands architectes parsèment les rues de Paris : Guimard, Plumet ou Lavirotte, références de l’Art nouveau en France, puis celles de Mallet-Stevens, Roux-Spitz, Dudok, Henri Sauvage, Le Corbusier, Auguste Perret, etc. pendant l’entre-deux-guerres.
L’architecture contemporaine à Paris est représentée par le Centre Pompidou, édifice des années 1970 qui abrite le musée national d’Art moderne ainsi qu’une importante bibliothèque publique librement accessible, par l’institut du monde arabe ouvert en 1987 ou encore par les importantes réalisations voulues par le président François Mitterrand : la bibliothèque nationale de France dans le nouveau quartier de Paris Rive Gauche en plein développement, l’opéra Bastille et, probablement la plus célèbre, la pyramide du Louvre, œuvre de l’architecte Ieoh Ming Pei érigée dans la cour du Louvre. Plus récemment, le musée du quai Branly, ou musée des arts et civilisations d’Afrique, d’Asie, d’Océanie et des Amériques, dessiné par Jean Nouvel, inauguré en 2006, et la Fondation Louis-Vuitton, dessinée par Frank Gehry, inaugurée en 2014, ont encore enrichi la diversité architecturale et culturelle de la capitale.
C’est dans la cour du Louvre que débute l’axe historique de Paris : il s’agit d’un alignement monumental d’édifices et de voies de communication partant du cœur de la ville en direction de l’ouest. Il commence à la statue de Louis XIV dans la cour principale du palais du Louvre, passe sous l’Arc de triomphe du Carrousel et se poursuit à travers le jardin des Tuileries, la place de la Concorde, les Champs-Élysées et aboutit à l’Arc de Triomphe au milieu de la place Charles-de-Gaulle (ancienne place de l’Étoile). À partir des années 1960, la perspective fut prolongée plus à l’ouest par la construction du quartier d’affaires de La Défense, quartier où se situent la plupart des plus hauts gratte-ciel de l’agglomération parisienne. La perspective est parachevée en 1989 par la construction de l’Arche de la Défense.
La tour Montparnasse et la basilique du Sacré-Cœur au sommet de la butte Montmartre sont, de par leur hauteur, des points de repère importants dans le ciel parisien. Cette dernière est un des lieux emblématiques de Paris et accueille de nombreux visiteurs, en particulier autour de la place du Tertre où se tiennent des peintres et caricaturistes.
Dans les années 1960, le ministre des affaires culturelles André Malraux lance une grande campagne de ravalement des façades, ce qui fait dire au cinéaste François Truffaut : « À partir du blanchiment de Paris, c’est devenu très difficile de montrer Paris tel qu’il avait été avant ».