Le patrimoine de Vesoul se compose d'une riche architecture, de zones naturelles classées et d'une culture locale spécifique. Vesoul a aussi d'autres monuments et lieux qui font partie de l'histoire de la ville comme des jardins publics, des parcs, des places, des rues, des fontaines, des statues, des ponts…
Sur le plan architectural, la ville compte plusieurs édifices recensés aux monuments historiques, situés principalement dans le quartier du Vieux-Vesoul. Ce quartier, noyau de la ville, recèle d'édifices civils, fontaines et églises ce qui a valu au quartier du Vieux-Vesoul d'être classé Cité Patrimoine de Franche-Comté et à l’Inventaire supplémentaire des monuments historiques..
Le patrimoine naturel de Vesoul comprend de multiples espaces verts, réserves naturelles, collines ainsi que plusieurs cours d'eau de différents types.
La ville possède également de nombreux bâtiments consacrés à la culture tels que des lieux de conservation et d'exposition et des salles de spectacles.
Patrimoine architectural
Édifices religieux Églises
thumb|Église Saint-Georges thumb|Synagogue de Vesoul thumb|Temple protestant de Vesoul Léglise Saint-Georges est l'église paroissiale de Vesoul. Construite de 1735 à 1746 par Mathieu Duchesne et P. Archange, elle est dotée d'une architecture de style classique. Elle est entourée de six chapelles sur les côtés et de deux chapelles entourant le chœur. L'église est inscrite et classée monuments historiques depuis 1993. Léglise du Sacré-Cœur est située 17 rue Jules Ferry, dans le quartier du Boulevard. La construction de l'église du Sacré-Cœur débuta en 1914, mais fut reportée en raison des perturbations de la Première Guerre mondiale. Les travaux reprirent à la fin de la guerre et la construction de l'église est terminée en 1919. La synagogue de Vesoul est la synagogue qui fut le siège du Consistoire Juif de l'Est de la France. Elle fut construite en 1875, au numéro 11 bis rue du Moulin-des-Prés. Elle est de plan rectangulaire orienté, avec une abside, précédée d'un vestibule. Les deux bas-côtés sont surmontés de tribunes. Elle fait l’objet d’une inscription au titre des monuments historiques depuis le . Le temple protestant de Vesoul est le principal édifice protestant de la ville. Il fut fondé par Louis Tournier, Henri Ducommun et Adam Perle, le . Le temple est situé 17 rue Saint-Georges, dans le centre historique. En 1965, un clocher y est construit.
Chapelles Chapelle Notre-Dame-de-la-Motte, au sommet de La Motte Chapelle du collège de Marteroy, 41 rue Baron-Bouvier Chapelle de l’hôtel de ville, 58 rue Paul-Morel Chapelle de l'ancien hôpital, 60 rue Baron Bouvier " Chapelle de l'ancien orphelinat Bourdault, 73 rue Baron Bouvier
Couvents Le couvent des Ursulines est un couvent de l'ordre de Sainte-Ursule situé rue des Ursulines. La communauté est établie en 1615, par Anne de Xainctonge, et loue donc le bâtiment. Une chapelle s'y édifie en 1632. Le couvent est fermé et vendu comme bien national à la Révolution française. De 1808 à 1835, il est utilisé comme prison. Par la suite, en 1834, une École normale ouvre dans le bâtiment Sud puis occupe tout l'ancien couvent. L'ancienne église de l'ensemble est utilisée comme théâtre municipal de 1827. Le couvent abrite désormais le musée Jean-Léon Gérôme. Le bâtiment fait l’objet d’une inscription au titre des monuments historiques depuis le . Le couvent des Annonciades est un couvent de l'ordre de l'annonciade, communauté religieuse féminine à vocation contemplative soutenue par les jésuites. Situé rue des Annonciades dans le Vieux-Vesoul, ce couvent a la particularité d'être relié directement par un treige (passage public au travers d'un ilot) à la place de l'église Saint-Georges. Sa chapelle est construite en 1613 et le corps du bâtiment en 1616 (millésime gravé dans la pierre de taille). Avant d'être reconvertie en école, asile et ouvroir en 1879 (travaux achevés en 1882), le bâtiment était la résidence de Claude Joseph Hippolyte (1802-1876) dit Baron Bouvier, avant que ce dernier le lègue à la ville en 1856.vignette|Couvent des Annonciades de Vesoul
Édifices civils Hôtels particuliers thumb|L'hôtel Pétremand thumb|L'hôtel Baressols thumb|L'hôtel Thomassin thumb|L'hôtel Lyautey de Genevreuille
Lhôtel Pétremand a été construit entre le début du et la deuxième moitié du . Il est situé 2 petite-rue du Palais, à côté du palais de justice de Vesoul. Il a été réalisé en pierres calcaires de couleur beige et bleue. Ses balcons et garde-corps en fer forgé des façades Nord et Est relèvent d'une inscription aux monuments historiques le . Aujourd'hui, il abrite le Café Français. Lhôtel Baressols est localisé 2 et 4 place de l'église, comportant sa façade rue Gevrey. Il est construit aux . Ses façades et ses toitures font l'objet d'une inscription aux titres des monuments historiques le . Sa propriété est désormais privée. Lhôtel Lyautey de Genevreuille fut construit en 1760, au 12 rue Salengro. L'hôtel détient une structure en forme de "U". Dans la cour, un petit espace vert a été aménagé. Dans l'hôtel, on peut apercevoir des pièces comportant des décorations baroques du et un escalier en pierre remarquable. L'hôtel en totalité fait partie des monuments historiques depuis le . Il est désormais la propriété d'une personne privée comme fonction d'habitation. Lhôtel Simon Renard est connu comme étant l'un des plus anciens bâtiments du quartier ancien. Il fut la propriété de Simon Renard, conseiller de l'empereur Charles Quint et de Philippe II d'Espagne. Il fut également ambassadeur d'Espagne en France et en Angleterre. Situé au 14 rue des Boucheries, il fut construit en 1525. Avec d'importantes rénovations en 1784, l'hôtel est remarquablement envié par sa tour polygonale accompagnée de différents ornements. Sa structure se compose d'une tour avec des bâtiments sur les côtés. Il fait l'objet d'un titre aux monuments historiques depuis 2007. Lhôtel Thomassin fut élevé de 1480 à 1483 par le seigneur de Villeparois, Jacques Thomassin. Situé au 5 rue Salengro, c'est l'un des plus remarquables édifices de la ville. Le bâtiment est de forme rectangulaire. Sa façade, côté rue, est de style gothique espagnol. Comme dans de nombreux hôtels particuliers de la ville, une haute tour d'escalier est située dans la cour principale. Une porte cochère et une grande cour y sont créées au . En 1808, des écuries viennent accompagner la cour. L'hôtel changea de nom au pour prendre celui de son propriétaire, Joseph Boisselet. Le nouveau propriétaire y dépose des collections de documents sur le Moyen Âge qu'il eut du colonel de Fabert. Au début du , des rénovations de la façade y sont entreprises. L'hôtel Thomassin a obtenu une première inscription aux monuments historiques le , ainsi qu'une deuxième le . Lhôtel de Mongenet est situé 2 rue Baron Bouvier. C'est un hôtel particulier qui fut construit en 1549. Le bâtiment, pour son élévation et sa toiture, fait l’objet d’une inscription au titre des monuments historiques depuis le . L'hôtel sert désormais d'habitation. Lhôtel de Magnoncourt fut bâti en 1530. L'hôtel est localisé 1 rue de Mailly et rue Vendémiaire, voie qui permet l'ascension à la Motte. Avec une forme rectangulaire, une cour et une tour d'escalier, l'hôtel s'organise comme certains autres hôtels de Vesoul. L'hôtel a à disposition un jardin situé au nord de l'édifice. Il fut inscrit aux monuments historiques le . L'hôtel de Salives (1 rue Paul-Petitclerc) L'hôtel Duchesne d'Aigrevaux (9 place de l'Église) L'hôtel de Levrecey (18 rue Baron Bouvier), habité par Guillaume-Gérard Charles, seigneur de Levrecey. L'hotel Jean Roy de la Rousselière (20 rue Baron Bouvier, longtemps été la gendarmerie de Vesoul) L'hôtel du sieur Juif (12 et 12 bis rue Baron Bouvier) L'hôtel Lyautey de Colombe (2 et 4 place du Grand Puits) L'hôtel de la Courvée (20 rue Salengro) L'hôtel de la Manutention militaire (19 rue Baron Bouvier L'hôtel Ruffier (43 rue Baron Bouvier) L'hôtel Miroudot de Saint-Ferjeux (22 et 24 rue Baron Bouvier), autrefois appelé maison Jourdan L'hôtel Labbey de Billy (rue Gevrey) L'hôtel d'Hotelans (rue Leblond)Herí Rameau. Vesoul d'autrefois. 1981 L'hôtel Fyard de Mercey (XV et XVIe siècles) L'hôtel de Beauséjour (XVIe siècle) L'hôtel Junot (34 rue Baron Bouvier) L'hôtel de Saint-Ferjeux (rue de l'Aigle noir)Herí Rameau. Vesoul d'autrefois. 1981. Page 40
Maisons La maison Ébaudy de Rochetaillé est une maison située 4 et 6 rue Salengro, non loin du collège des Jésuites. L'édifice fut construit vers 1781. La maison appartient à la même famille depuis 1797. Elle connut une restauration . Le bâtiment est inscrit aux monuments historiques depuis le . La maison Malitchenko est située à l'est de Vesoul, proche du Sabot de Frotey. L'architecte de cet édifice est André Maissonnier qui a également dessiné une autre villa de Vesoul, la villa Henri Kielwasser située rue du docteur Championnet. De par son architecture remarquable, la villa est labellisée « Patrimoine du ». La maison Barberousse La maison Cariage La maison Parat La maison Petitperrin La maison Baudry-Roussel, construite en 1910 La maison Galzot (style Renaissance) La maison Paul, construite dans les années 1900 La maison Buretel Le pavillon en bois de la rue Beauchamp
Villas thumb|La villa Lyautey La villa Henri Kielwasser se trouve rue du docteur Championnet, à proximité des quais du Durgeon, au sud du centre historique. Elle fut réalisée en 1956 sur les plans de l'architecte André Maissonnier. Henri Kielwasser, qui à l'époque est directeur de l'hôtel du Nord, cherche une personne pour se faire construite une maison atypique. Par la suite, il rencontra André Maisonnier. Cet architecte côtoya Le Corbusier, entre 1950 et 1959. André Maisonnier a également supervisé la construction de la chapelle Notre-Dame-du-Haut de Ronchamp La villa Saint-Martin La villa Lyautey
Entrepôts commerciaux et industriels thumb|L'ancienne manufacture des tabacs de Vesoul
Usines Usine PSA de Vesoul (usine Dollé) Manufacture des tabacs de Vesoul Moulin Saint-Martin
Locaux commerciaux Imprimerie Bon Halles de Vesoul Hôtel de la Caisse d'épargne de Vesoul Hôtel de la Banque de France de Vesoul
Bâtiments institutionnels thumb|L'hôtel de ville de Vesoul thumb|L'Hôtel de préfecture de la Haute-Saône thumb|Le palais de justice de Vesoul LHôtel de ville se situe rue Paul-Morel, dans le centre-ville, au milieu des nombreux commerces et activités. Depuis son édification, il servit notamment d'hôpital, de commerce, de centre administratif… Sa façade Est côtoie la rue Paul-Morel tandis que sa façade sud borde le quai Yves-Barbier. L'hôtel détient une chapelle remarquable. Le hall contient une fresque peintre Albert Decaris depuis plus de 70 ans. Cette gigantesque peinture murale a subi des rénovations en 2009 par Helena Astafourova.. Lhôtel de préfecture de la Haute-Saône est situé 1 rue de la Préfecture, devant le collège Gérôme, non loin de la maison d'arrêt de Vesoul. Le préfet est Arnaud Cochet. Le bâtiment possède plusieurs caméras de surveillance sur ses différents angles, qui assure la sécurité dans le quartier. Le palais de justice fut construit de 1765 à 1771 et se trouve 4 place du Palais. Il fut édifié par l'architecte Charles-François Longin sous la direction de Charles André de Lacoré, à l’emplacement de l’ancienne halle de marché. Le palais a connu de célèbres juges tels Claude-Christophe Gourdan et Claude-Antoine Bolot. Proche du palais, se situe l'hôtel Pétremand et une fontaine à obélisque située sur la place. Ces deux édifices marquent un ensemble architectural homogène. Il fait l'objet d'une inscription au titre des monuments historiques par arrêté du . La maison d'arrêt de Vesoul, construit en 1857, est d'architecture hispano-mexicaine. La maison d'arrêt est située place Beauchamp, entre la rue Vendémiaire et la rue Beauchamp.