thumb|Les cours Saint-Pierre et Saint-André. thumb|La tour LU. thumb|L'ancienne île Feydeau. Nantes appartient au réseau des Villes et Pays d'art et d'histoire, animé par le ministère de la Culture et les collectivités territoriales, et qui rassemblent les villes soucieuses de préserver et de promouvoir leur patrimoine. Ainsi, dès 1972, la ville a délimité un secteur sauvegardé compris entre le quai de la Fosse et les cours Saint-Pierre et Saint-André et incluant notamment le château, la cathédrale, le quartier du Bouffay, l'île Feydeau, la place Royale et le quartier Graslin. Avec , il est l'un des secteurs sauvegardés les plus importants de France. D'autre part, sous les vocables de « patrimoine nantais », « petit patrimoine », « séquences urbaines de type 1 » et « séquences urbaines de type 2 »Liste des parcelles par adresse comprenant des éléments du « patrimoine nantais, petit patrimoine, séquences urbaines de type 1 et 2″, le plan local d'urbanisme (PLU) de Nantes Métropole répertorie également un certain nombre d'éléments architecturaux qui, bien que n'étant ni classés ni inscrits, font néanmoins l’objet d’une prescription définie par l’. du code de l’urbanisme et définissant les Quelles protections ? - site de « Nantes Renaissance »..
Par ailleurs, Nantes est riche d'un patrimoine statuaire important disséminé dans la ville ainsi que de quatre fontaines Wallace (voir article Liste des œuvres publiques à Nantes).
En 2009, Jean-Marc Ayrault, alors maire de la ville, émettait le souhait de faire inscrire Nantes et l'estuaire de la Loire au patrimoine mondial de l'UNESCO.
Le passé industriel de la ville lui a légué un patrimoine qui lui confère par endroits un caractère particulier ou s’entremêlent friches, musées, espaces de loisirs ou encore équipements publics à l'image du site des anciens Chantiers Dubigeon devenu le parc des Chantiers. Un autre exemple de mise en valeur d'une ancienne installation industrielle, particulièrement dans un but culturel concerne la biscuiterie LU devenue Le Lieu unique, un des lieux majeurs de la vie nocturne nantaise. Enfin l'ancienne manufacture des tabacs fut réhabilitée dans les années 1980 afin d'accueillir services municipaux et logements et ainsi donner forme à un petit quartier proche du centre-ville.
Château des ducs de Bretagne
Le château des ducs de Bretagne est situé sur la rive droite de la Loire dans le centre-ville de Nantes. Il était la résidence principale des ducs de Bretagne du . C'est une forteresse constituée de sept tours reliées par des courtines. L'intégralité du chemin de ronde est ouverte au public depuis sa réouverture en , après de fermeture. La cour possède plusieurs bâtiments datant des , dont la résidence ducale construite en pierre de tuffeau. Le grand chantier de rénovation débuté en 1990 et terminé en 2007 offre un nouveau visage à l'ensemble architectural du château.. Un musée de l'histoire de la ville de Nantes s'est installé dans ces murs depuis la réouverture. Il rassemble des documents, des cycles de tableaux, des écrits, etc. Le musée est doté d'un dispositif multimédia moderne, qui rend la visite plus simple et plus enrichissante, grâce à des documents photos, audio ou vidéos interactifs inédits.
Quartiers historiques Le quartier médiéval du Bouffay, proche du château et de la cathédrale, à l'intérieur des limites de l'ancienne enceinte, date du . Il abrite un ensemble de maisons aux façades à pans de bois, à colombages et à encorbellements, tel que la maison des Apothicaires, ou des hôtels particuliers comme l'hôtel Saint-Aignan. Certaines de ces habitations ont été reconstruites en pierre au dans le parcellaire médiéval.
L'hôtel de ville est installé dans des bâtiments construits pour partie au , le manoir de Derval, l'hôtel de Rosmadec et l'hôtel de Monti de Rezé.
Les bâtiments datant du , dont les architectes sont Jean-Baptiste Ceineray et Mathurin Crucy, se situent dans les quartiers du cœur de la ville. On y retrouve plusieurs places comme la place Graslin avec le théâtre ; la place Royale, dont la fontaine représentant la Loire et ses affluents, les sols, les façades et les éclairages ont été rénovés en 2007 ; la place du Commerce, la plus animée du centre-ville et la place Maréchal-Foch avec sa colonne servant de stèle à l'une des rares statues de Louis XVI existant en France. Ces places sont reliées par de larges perspectives comme le cours Cambronne ou les cours Saint-Pierre et Saint-André.
Ces quartiers regroupent aussi l'hôtel de préfecture de la Loire-Atlantique (ancienne chambre des comptes de Bretagne), le palais de la Bourse qui abrita l'Office de tourisme puis aujourd'hui la Fnac et enfin l'île Feydeau (rue Kervégan, Temple du Goût, Cour ovale), urbanisée en un seul ensemble, comparable à l'île Saint-Louis à Paris. Le quai de la Fosse et les rues qui y descendent, où se trouvaient les maisons de filles à matelots, constituent l'ancien port de Nantes.
Construit en 1851 dans un style néoclassique, l'ancien palais de justice de Nantes, situé place Aristide-Briand et dessiné par Chenantais, a été cédé par l'État au conseil général qui décida de le transformer en grand et luxueux complexe hôtelier (Radisson) comportant également une galerie d'art. L'hôtel Radisson Blu a été inauguré en La nouvelle vie de l'ancien palais de justice, Nantes Passion , , décembre 2012.
La maison des Compagnons du Devoir au sud de la gare SNCF, est pourvue d'un clocher tors. L'immeuble CGA date des années 1930, et a reçu le label « Patrimoine du XXe siècle », tandis que le Blockhaus DY10 témoigne de la période d'occupation allemande lors de la Seconde Guerre mondiale. Inaugurée en 1976, la tour Bretagne domine la ville du haut de ses .
En l'an 2000, l'essentiel des tribunaux de l'ordre judiciaire nantais ont investi un nouvel édifice conçu par Jean Nouvel sur l'île de Nantes. D'architecture contemporaine, ce bâtiment rectiligne de couleur noire comporte d'acier rappelant les constructions navales présentes sur le site.
Le comblement à partir de 1926 des bras nord de la Loire et de l'Erdre canalisée (devenue le cours des 50-Otages) a grandement transformé le caractère de la ville ancienne. Le château des Ducs, la place du Commerce, les façades de l'île Feydeau et du quai de la Fosse se trouvaient à l'origine en arrière des quais, au bord de l'eau. Une figuration de quais a été reconstituée le long de la face sud et une partie de la face nord de l'île Feydeau (conçu par l'urbaniste Bruno Fortier).
Patrimoine religieux
vignette|gauche|Cathédrale Saint-Pierre-et-Saint-Paul de Nantes. De nombreux lieux de culte sont construits sur le territoire de la commune, principalement des églises catholiques. Les édifices érigées avant la loi de séparation des Églises et de l'État promulguée en 1905, appartiennent à la ville de Nantes. Celles postérieures à cette date sont propriétés du diocèse de Nantes, à l'exception de l'église Saint-Médard du Vieux-Doulon, et de l’église Sainte-Madeleine, reconstruites à la suite de sinistres ayant détruit les édifices datant d’avant 1905.
La cathédrale Saint-Pierre-et-Saint-Paul, de style gothique, est située sur la place Saint-Pierre. Sa construction s'est déroulée de 1434 à 1891 (). L'édifice voit le jour sous l'impulsion du duc de Bretagne et de l’évêque Jean de Malestroit en 1434. La façade est achevée dès la fin , les tours ne le sont qu’en 1508, la nef et les collatéraux le sont également au début du , la voûte gothique de la nef, le bras sud du transept et les arcs-boutants sont terminés au et le chevet fin . La cathédrale est finalement inaugurée le . Après avoir subi les dommages de la pollution urbaine, du manque d’entretien et des bombardements de 1944, l'édifice bénéficie d'une restauration. Mais un incendie se déclenche à la fin des travaux, en 1972.. Un nouveau chantier de restauration commence un an plus tard. Cette cathédrale fait l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis 1862. Consulté le 24 août 2010..
La basilique Saint-Nicolas est l'un des premiers projets néo-gothiques de France datant du . L'édifice se situe dans le centre ville de Nantes, place Félix-Fournier. Cette église est construite par Jean-Baptiste Antoine Lassus (qui a vers la même époque comme collaborateur sur le chantier de restauration de Notre-Dame-de-Paris, puis plus tard successeur, Eugène Viollet-le-Duc qui lui doit une grande part de son savoir). Elle fut érigée en basilique le . Bâtie sur un terrain exigu, la basilique est orientée sur un axe nord-sud inhabituel pour un édifice de tradition chrétienne. Les principaux matériaux utilisés pour sa construction sont le granit local et le tuffeau de Touraine. L'édifice est grandement endommagé lors du bombardement du . Cette basilique fait l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis 1862. Consulté le 24 août 2010.
L'église Notre-Dame-de-Bon-Port est construite entre 1846 et 1856 par les architectes Saint-Félix Seheult et Joseph-Fleury Chenantais. Elle se situe place du Sanitat près du quai de la Fosse, où se tenait l’essentiel du trafic du port de Nantes au moment de sa construction, d’où son nom. Elle est coiffée d'un dôme faisant référence à celui des Invalides de Paris. Au sommet de la flèche, on trouve un archange doré. Elle fait l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis 1975. Consulté le 31 août 2009.
vignette|upright=0.6|La mosquée Osmanli. Trois grandes mosquées ont été construites depuis 2009 : la mosquée Arrahma est située dans le nord de la ville ; la mosquée Osmanli (dite « mosquée des Turcs ») est située boulevard du Bâtonnier-Cholet, qui a adopté une architecture traditionnelle avec un minaret haut de ; la mosquée Assalam, située dans le quartier Malakoff, conçue dans un style moderne, avec un minaret éclairé.
Le temple protestant de Nantes, place Édouard-Normand, inauguré en 1958, est conçu par l'architecte Victoire Durand-Gasselin, qui était elle-même de confession protestante. Il remplace un bâtiment plus ancien, construit en 1855, place de l'Édit-de-Nantes, qui fut détruit par un bombardement lors de la Seconde Guerre mondiale.
L'église orthodoxe qui se situe boulevard de la Beaujoire porte le nom de Église orthodoxe Saint-Basile-de-Césarée-et-Saint-Alexis-d'Ugine et a été entièrement construite avec des rondins de mélèze de Sibérie.
Patrimoine industriel Il ne reste rien des trois grandes fabriques de toiles indiennes qui employaient en 1803, ni des 25 filatures de coton existant en 1838, ni de la trentaine de manufactures de textile du . Historiquement les industries nantaises ont migré du centre vers l'ouest de la ville (Chantenay) et dans les anciennes îles sur la Loire (actuelle île de Nantes)..
Une des plus emblématiques usines est la raffinerie de sucre Béghin-Say sur l'ancienne île Sainte-Anne (partie sud de l'île de Nantes), construite en 1936, et qui a bénéficié en 1993 d'une rénovation la laissant aujourd'hui apparaître en bleu et blanc.
thumb|left|L'ancienne Manufacture des tabacs.
Tout aussi bien rénovée, la Manufacture des tabacs a été dessinée par Joseph-Fleury Chenantais en 1861 d'après un prototype strasbourgeois. Elle est composée de cinq bâtiments, avec deux cours intérieures. On y fabriquait cigares, tabac, allumettes. Elle a compté jusqu'à et surtout ouvrières en 1877. Avant le transfert des activités vers le site de Carquefou en 1973, y travaillaient encore.