Le patrimoine architectural de Rennes est marqué par l'histoire de la ville. Classée Villes et Pays d'Art et d'Histoire, Rennes compte plus de 86 édifices ou parties d'édifice classés au titre des Monuments historiques et possèdent de nombreux bâtiments contemporains.
Les maisons traditionnelles à pans de bois (colombages) colorés sont situées principalement le long des rues Saint-Sauveur, Saint-Georges, de Saint-Malo, Saint-Guillaume, des Dames, du Chapitre, Vasselot, Saint-Michel, de la Psallette et autour des rues du Champ-Jacquet et Rallier-du-Baty, des places des Lices, Sainte-Anne et de la cathédrale.
Ancienne chapelle de l'hôpital Saint-Yves (gothique), rue Saint-Yves, aménagée en musée sur l'évolution de Rennes, Office de tourisme.
Les bustes polychromes en bois du XVIe siècle, en façade du 20 rue du Chapitre.
Les portes Mordelaises, châtelet à deux tours et pont-levis, bordent les restes des anciennes fortifications gallo-romaines du IIIe siècle, jusqu’à la tour Jehan Duchesne du XVe siècle, rue Nantaise, et les remparts du XVe siècle à l'est des fortifications gallo-romaines, place Rallier-du-Baty.
L'office du tourisme dans l'ancienne chapelle de l'hôpital Saint-Yves
La rue Saint-Michel, surnommée la « rue de la Soif », ceci provenant du grand nombre de bars dans cette rue, et de sa popularité lors des soirées étudiantes.
Le manoir de la Haute-Chalais du XVIIe siècle, château de granit.
Rue de Corbin : L'hôtel de Châteaugiron, des XVIe et XVIIIe siècles, quartier général, PC et hôtel de commandement de la région militaire TerreNord-Ouest.
Patrimoine du XIXe et début du XXe siècles
Le palais du commerce
Les halles Martenot du XIXe siècle, édifiées de 1868 à 1871 par Jean-Baptiste Martenot, accueillent le marché des Lices le samedi matin (le 3e marché de France).
Faculté de sciences économiques de Rennes 1, ancien grand-séminaire construit par l'architecteHenri Labrouste au XIXe siècle.
Place Hoche : Immeuble art nouveau construit en 1908, par l'architecte Charles Couasnon.
La coupole des magasins de musique et lutherie, aux 1 et 3 de la rue Nationale, construite par Laloy, architecte de la ville pour obtenir la meilleure acoustique.
Piscine municipale et bains publics Saint-Georges (1923-1926). Construite par l'architecte Emmanuel Le Ray et décorée par le mosaïste Isidore Odorico et par Gentil & Bourdet pour les décors de grès flammé, elle fut la première piscine chauffée de France.
Le Palais du commerce, édifié de 1885 à 1929, par les architectes Jean-Baptiste Martenot, puis Emmanuel Le Ray, actuellement la poste centrale (mosaïque intérieure : Isidore Odorico).
Le palais du Musée des beaux-arts, construit en 1849-1858, par l'architecte Vincent Boullé
Anciens locaux de Ouest-Éclair, puis de Ouest-France, premier quotidien régional et national ; façade classée de brique rouge et rose, restaurée et occupée maintenant par l'hôtel Mercure.
Les grands moulins, construits de chaque côté du bras sud de la Vilaine en 1895 et 1902, reliés entre eux par un corps central enjambant la rivière.
Les Halles centrales, marché couvert de 1922, autrefois criée municipale, reconverties en partie en galerie d'art contemporain.
L'église Sainte-Thérèse, chef-d'œuvre d'art déco, construite en 1932-1936 par l'architecte Hyacinthe Perrin et ornée de mosaïques d'Isidore Odorico. L'église a été ravagée par un incendie le 23 septembre 2001 et a été entièrement restaurée pour rouvrir le 12 décembre 2004. Suite à cette restauration, la place de l'église, alors propriété de l'association diocésaine tout comme l'église, a été réaménagée par la Ville et porte désormais le nom de l'architecte du bâtiment ; elle a été inaugurée le 30 juin 2007. Labellisée "Patrimoine XXe siècle".
Les écluses du canal d'Ille-et-Rance de 1843.
Les deux halles d'imprimerie Oberthür, construites par Martenot entre 1870 et 1895 en fonte, brique et schiste, reconverties en zone d'entreprises après le rachat par la Ville.
Les anciennes brasseries Graff, dont les bâtiments construits en 1927 par l'architecte Georges Robert Lefort sont convertis en lieux privilégiant l'expression du graffiti urbain, dans l'attente de la construction d'un nouveau petit quartier d'habitations et de commerces.