thumb|Øverst deler av Slotsholmen med Christiansborg, under til venstre Marmorkirken og Tivoli til høyre. Nederst Rådhuspladsen.
Arkitekturen i København har god balanse mellom gammel og nytt og store deler av Indre by fremstår som velbevart selv om mange av de berømte tårn og spir er av nyere dato. Dette til tross for bybrannene i 1728 og 1795 og bombardementet i 1807. Mesteparten av bygningsmassen fra middelalderen er forsvunnet som følge av brannene og det er derfor den eneste epoken som er dårlig representert.
København er preget av punktvise fornyelser av bygningsmassen fremfor voldsomme ryddinger av større kvarterer. Samtidig har økonomien ofte lagt bånd på de mest ambisiøse prosjektene, noe som har medført løsninger som for eksempel ved Statens Museum for Kunst og Den Sorte Diamant. Store deler av Indre by, Christianshavn og Frederiksstaden er underlagt fredningsbestemmelser.
I gode tider har det blitt revet ned, mens perioder med stagnasjon har resultert i større gjenbruk av bygninger. Byggefeberen var særlig markant etter vollenes fall i 1850– og 1860–årene, i 1880 og 1900–årene, i etterkrigstidens 1950 og 1960–årene og senest i 1990–årene og på 2000–tallet. I sistnevnte periode har flere gamle industrianlegg blitt omdannet til luksusboliger med arkitektur av verdensklasse.
I 2008 vedtok Københavns borgerrepresentasjon at Indre by skal være uten høyhus.
Middelalderen De store bybrannene og bombardementene i de seneste århundrene har medført at ganske få svært gamle bygninger står igjen i den eldste delen av byen. De eldste boligeiendommene i Indre by er høyst 370 år gamle og blant annet Vor Frue kirkes storslåtte gotiske klokketårn gikk tapt i brannen i 1728. Sankt Petri kirke fremstår som den eneste kirken i Indre by som stort sett er bevart fra middelalderen, dvs. 1400–tallet. Tårnet er fra 1500-tallet, mens det spesielle rokokkospiret først ble reist i 1757. Tårnet på Nikolaj kirke er fra 1591, men det nåværende spiret fra 1910 er en rekonstruksjon av det opprinnelige fra 1669.
Konsistoriehuset fra ca. 1420 var en del av Roskildebiskopens bolig og er en annen bevart bygning fra perioden.
1600– og 1700–tallet thumb|Børsen mellom 1890 og 1900. Håndkolorert fotografi opprinnelig i svart-hvitt, trykket som photochrom. Det er ikke uten grunn at Christian IV har en spesiell plass i byens historie. Ikke bare fordoblet han byens arealer mot øst og anla Christianshavn, men han var også hovedstadens første byplanlegger.Christian 4.s byplaner - Dansk arkitektursenter Ved hjelp av ingeniøren Johan Semp introduserte han en stram og regulær, nederlandsk inspirert byplan for Christianshavn i 1617 i kontrast til det tilfeldige gatenettet fra middelalderen. Mot øst skulle Sankt Anna Rotunda ha vært sentrum for den nye bydelen, noe som orienteringen av Nyboders gater fortsatt vitner om.
Av alle kongens mange praktfulle bygninger fremstår Børsen fra 1619-25 i nederlandsk renessanse som et enestående byggverk i europeisk arkitektur med sine ni gavler, børsrampen og det berømte dragespiret.Om BØrsen - Dansk arkitektursenter
I andre halvdel av århundret skjedde det ikke stort. Krigene med Sverige gikk hardt utover byen og blant de få fornyelsene som ble foretatt, var at Kastellet ble anlagt i 1661–65 ved Henrik Ruse. Frederik III hadde planer om å reise et slott ved Kastellet, men det ble til Sophie Amalienborg som senere måtte vike plassen. Under etterfølgeren Christian V ble Nyhavn gravd ut, Kongens Nytorv anlagt og Charlottenborg ble oppført i tidsrommet 1672–83. Disse byggverkene vitner om en endret smak i retning av nederlandsk barokk, men først med Frederik IV slo barokkstilen for alvor igjennom med Frederiksberg slott og Den røde bygning for Danske Kancelli ved siden av kongeslottet. thumb|left|Gråbrødretorv nr.1–9. Fra venstre: nr.1 Fiskebløderhuset ca.1800, nr.3 er Wessels Hus 1732, nr.5 fra 1731, nr.7 1728, nr.9 1729. thumb|Marmorbroen sett fra Frederiksholms Kanal inn mot ridebanen. Broen ble oppført i årene 1739–1745 med Nicolai Eigtved som hovedarkitekt. Den er sandstenskledd med utsmykkinger av billedhuggeren Louis-Augustin le Clerc og er belagt med norsk marmor. Etter brannen i 1728 ble borgerhusene bygget opp igjen etter J.C. Kriegers tegninger. Det ga seg utslag i de såkalte «ildebrandshuse» med gavlkvister og kraftige farver, som for eksempel på Gråbrødretorv 1-5. thumb|left|Mastekranen på Holmen på et maleri av I.C. Dahl fra 1830, Thorvaldsens Museum. Mastekranen på Holmen er tegnet av Philip de Lange. 1700-tallet ble et stort arkitektonisk århundre for byen. Det gamle Københavns slott ble revet ned av den byggelystne Christian VI og han oppførte det første Christiansborg slott. Slottet brant i 1794, men Ridebaneanlegget med Marmorbroen stammer fra det første Christiansborg og er tegnet av Nicolai Eigtved i wienerbarokk og fransk rokokko.
Eigtved var også arkitekten bak den nye bydelen Frederiksstaden i rokokko.Eigtved og Frederiksstaden - Dansk arkitektursenter Bydelen ble anlagt etter initiativ av Frederik V i 1749. Sentralt i bydelen er en stor åttekantet plass, Amalienborg Slotsplads, flankert av fire adelspaléene oppført i 1750-årene. Anlegget regnes for et hovedverk innenfor såvel dansk som europeisk bygningskunst. Bygningene omkranser billedhuggeren J.F.J. Salys mesterverk: Rytterstatuen av Frederik V. thumb|Amalienborg med de fire adelige paléene og Marmorkirken. I forgrunnen Amaliehaven. På tvers av slottsplassen løper bydelens ene hovedakse. Denne har sitt utspring i Marmorkirken som ble påbegynt i 1754 av Nicolas-Henri Jardin og ferdigstilt i 1894 av Ferdinand Meldahl i en stiletterligning av italiensk barokk. Kuppelkirken betraktes som en vellykket avslutning på Frederiksstaden. I motsatt ende av aksen, som opprinnelig ble avsluttet av rytterstatuen, ligger Amaliehaven fra 1983 ut til havnen og i 2004 ble aksen forlenget med Henning Larsens operahus.
To andre arkitekter skapte barokkens København: Eigtveds konkurrent Laurids de Thurah, som blant annet tegnet det berømte snodde trappespiret på Vor Frelsers kirkes tårn i 1752 med en tre meter forgylt Kristusfigur på toppen, og Philip de Lange, som utformet Holmens bygninger, med blant annet Mastekranen på Holmen i 1750.Verker av Philip de Lange
Etter Eigtveds død skiftet moten i retning av Louis-seize-stil og klassisisme. C.F. Harsdorff tegnet sitt elegante hus med pilastre på Kongens Nytorv, som ble en modell for andre arkitekter i tiden som fulgte. Etter bybrannen i 1795 og engelskmennenes bombardement i 1807 skulle store deler av byen gjenreises og Harsdorffs elever utførte denne oppgaven i hans fotspor. Det ble til sparsomt dekorerte forfinede hus; ofte med avskårne hjørner. Det meste av Indre by preges av denne borgerlige, upretentiøse arkitekturen.
1800–tallet thumb|Domhuset på Nytorv tegnet av C.F. Hansen og oppført fra 1803 til 1816. 1800-tallets store arkitekt C.F. Hansen tegnet Domhuset (1815)Domhuset – Selskabet for Københavns historie , opprinnelig kombinert med Københavns femte rådhus, og Københavns domkirke Vor Frue kirke i ren klassisisme med henholdsvis dorisk og jonisk tempelportal.Vor Frue Kirke – Historie
Også etter sin død i 1845 hadde C.F. Hansen stor innflytelse på datidens arkitektursyn og klassisismen ble knesatt som ideal inntil historismens arkitekter gjorde opp med dette synet. Hansens svigersønn, G.F. Hetsch, ble toneangivende i senklassisismen. thumb|left|Statens Museum for Kunst i Sølvgade 48 ut mot Østre Anlæg. Museumsbygningen er fra 1889–1896, oppført på restene av Peucklers Bastion og tegnet av arkitektene Vilhelm Dahlerup og Georg E.W. Møller som vant en arkitektkonkurranse som ble skrevet ut.Museets arkitektur På slutten av århundret ble klassisismen dermed avløst av historismen. I denne perioden sto Vilhelm Dahlerup for noen av byens fineste og mest folkekjære bygninger, fra offisielle byggverk som Det Kongelige Teater og det monumentale Statens Museum for Kunst inspirert av italiensk renessanse og til små verk som Søpavillonen og Pantomimeteatret i Tivoli.Verker av Vilhelm Dahlerup
Vollenes fall på midten av 1850–tallet ble startskuddet på en tid hvor nye kvarterer skjøt opp i rekordfart. I brokvarterene og på Gammelholm vokste det frem klare forskjeller på de dekorerete fasadene ut mot gaten og de mørke bakgårdene med sine små leiligheter. thumb|Søtorvet er et eksempel på «stuktidens» arkitektur. Utsnitt av bebyggelse sett fra Nørre Søgade. I 1867-1871 ble de første byggeforeningshusene bygget på Sverrigsgade på Amager. Byggeforeningshusene var et utslag av et ønske om å forbedre vilkårene for arbeiderklassen.Strandvejskvarteret.dk Inntil rundt år 1900 ble det bygget byggeforeningshus flere steder, bl.a. ved Sortedamssø (Kartoffelrækkerne), ved Svanemøllen (Strandvejskvarteret) og ved Valby Station (Lyset). Lægeforeningens boliger i Brumleby var en del av den sosiale boligbyggingen og sto ferdig på begynnelsen av 1870-tallet.
Herman Bangs roman Stuk skildrer livet i de glade 1880–årene og parodierer byggematadoren Hellig-Hansen, som har skapt store deler av det København, som man kjenner i dag, bl.a. kvarteret ved Israels Plads med sine utsmykkede fasader.
Byen vokste og dette ga et øket behov for nye skoler, vannverk kirker etc. Byens første vannverk fra 1859 kan fremdeles sees ved Vesterport stasjon, og den første kirken utenfor vollene var Skt. Johannes kirke på Nørrebro fra 1862.
Arkitekt Ferdinand Meldahl hadde meget stor innflytelse på arkitektur og kunst i andre halvdel av 1800-tallet og hans mest kjente verk er ferdigstillelsen av Marmorkirken i som han arbeidet med i tidsrommet 1876–1894. Fra 1860 fungerte han som kongelig bygningsinspektør og fra 1866 og 27 år fremover satt han i Københavns borgerrepresentasjon.
I 1886 fikk byen Ludvig Fenger som stadsarkitekt. Han fikk monopol på kommunens oppgaver og skulle sikre kvaliteten på de offentlige bygningene. I realiteten ble mange oppgaver allikevel overdratt til andre, bl.a. fikk Thorvald Jørgensen mange kirkeoppgaver. Byens største oppgave, det nye København rådhus, gikk heller ikke til Fenger, men til Martin Nyrop.
1900–tallet thumb|Nationalbankens fasade. Bygningen er tegnet av Arne Jacobsen og fullført av Dissing+Weitling etter hans død.Danmarks Nationalbank hos DAC thumb|left|Grundtvigs kirke på Bjerget i Bispebjerg har en helt unik arkitektur og imponerende størrelse. Kirken er tegnet av arkitekt P.V. Jensen Klint og oppført i ekspresjonistisk nasjonalromantikk med trekk av gotikk. Den er utelukkende bygget i gul mursten som landets seneste store kirke og kirkerommet er Danmarks største. Kirken fremstår som en landsbykirke i katedralformat. Den lave bebyggelsen rundt ble oppført 1924-36 i samme stil og understreker kirkens format. Det tyvende århundre startet med byggingen av byens sjette rådhus, Martin Nyrops hovedverk og den nasjonalromantiske bygningskunstens gjennombrudd, København rådhus fra 1905. I 1911 fikk byen enda en stor bygning i samme stil: Københavns hovedbanegård tegnet av Heinrich Wenck.
Jugendstilen var sjelden i Danmark, men ved Rådhuset ligger Anton Rosens Palace Hotel fra 1910.
Politigården fra 1924 av Hack Kampmann m.fl. er det mest fremstående eksempel på den strenge nyklassisismen som preget Norden i 1920–årene.
Grundtvigs kirke fra 1940 på Bjerget i Bispebjerg, tegnet av arkitekt P.V. Jensen Klint og oppført i ekspresjonistisk nasjonalromantikk med gotiske trekk. Den er utelukkende bygget i gul mursten som landets seneste store kirke – kirkerommet er Danmarks største.