Della città punico-romana restano scarse tracce (tratti di mura). Tra i ritrovamenti più notevoli alcuni mosaici pavimentali di età romana e un Efebo, ora nella sede municipale. Una vasta necropoli ha restituito materiale vario di epoca punica e romana, comprese pregevoli ceramiche attiche.

La Palermo dei tempi dei Normanni è testimoniata da una serie di monumenti prestigiosi in uno stile che risente della cultura araba e di quella bizantina.
Da San Giovanni dei Lebbrosi (1072) a San Giovanni degli Eremiti (1132), con le sue cinque rigonfie cupole moresche, dalla Martorana (Santa Maria dell’Ammiraglio del 1143) a San Cataldo (1161), quasi intatta e ben restaurata con le tre cupolette rosse, e ancora a Santo Spirito del Vespro (1178) e alla Magione o Santissima Trinità (1194), col suo chiostro, questi monumenti fanno corona alla stupenda Cattedrale dell'Assunta del 1185 a cui purtroppo i successivi rimaneggiamenti dal Trecento al Cinquecento, culminati col rifacimento dell'interno e la cupola di F. Fuga. (XVIII sec.), poco hanno lasciato, salvo la cripta e l'abside, della costruzione basilicale originale.
Dietro un'imponente facciata cinque - settecentesca, si erge il Palazzo dei Normanni dei secoli XI e XII sorto su una fortezza araba, il cui nucleo (con la torre dei Pisani, la stanza del Tesoro e il Salone Superiore, con l'intatta Cappella Palatina, dai mirabili mosaici, con la sala di Re Ruggero, quella degli Armigeri) costituisce un complesso di alta suggestione e unico nel suo genere.
Sull'area dello scomparso parco normanno sono i padiglioni superstiti della Zisa, con la fontana al centro del salone, della Cuba, della Cubula e i resti del palazzo Uscibene, con la sua sala araba e la chiesetta normanna.

Al periodo che va dai Normanni al XIV sec. appartengono lo Steri o palazzo Chiaramonte (1307), i palazzi Sclafani e Artale e i portali delle chiese di Sant'Agostino e San Francesco.

Forme gotiche e catalane continuano nel Quattrocento con le chiese di Santa Maria del Gesù e delle Repentite, col magnifico portico della cattedrale e i palazzi Arcivescovile, Marchesi, Pietratagliata, il più conservato. Alla fine del secolo introdusse forme rinascimentali l'architetto M. Carnelivari nei palazzi Aiutamicristo, Abatellis (magnifica sede della Galleria Regionale della Sicilia, contenente insigni capolavori) e in Santa Maria della Catena.

Risalgono al Cinquecento Santa Maria in Porto Salvo (1531), di A. Gagini, purtroppo rimaneggiata; Santa Maria dei Miracoli (1547), forse di Fazio Gagini; San Giorgio dei Genovesi; San Giovanni dei Napoletani e i palazzi Scavuzzo e Santa Ninfa, la Porta Nuova e la Porta Felice, la monumentale fontana di piazza Pretoria, mentre a ridosso, tra le nuove vie Maqueda e Cassaro, sorsero, all'inizio del Seicento i “Quattro Canti”: una delle più origiali soluzioni urbanistiche dell’Italia seicentesca (1609/20).

Il barocco dà la più appariscente impronta alla città; palazzi Ugo, Villafranca, dalle sontuose decorazioni interne, Spaccaforno, Tarallo, Cutò, Butera, le chiese di Santa Caterina, dell'Olivella (Sant'Ignazio), del Gesù, di San Giuseppe (di Giacomo Besio), San Matteo, San Domenico, della Pietà (di G. Amato), del Salvatore (di P. Amato), valenti architetti cui si devono numerose chiese di Palermo; così come nel Settecento domina la scultura di G. Serpotta con gli stucchi del Rosario, di Santa Zita, di San Lorenzo. Sorsero nel Settecento i parchi di Villa Giulia e della Favorita, mentre va ricordata nella seconda metà del secolo l'opera neoclassica di V. Marvuglia: l'oratorio di San Filippo Neri, la villa Belmonte, il palazzo Geraci, la palazzina cinese della Favorita.

Nell'Ottocento si ha l'imponente Teatro Massimo (1875-1897), del Basile: deve il suo nome al fatto che all’epoca era il più grande teatro italiano e il terzo in Europa. Anche il teatro Politeama di G. Damiani (1874) risale a questo periodo.

Tra le sedi espositive vanno ricordati: il Museo Nazionale Archeologico ha sede nel Convento dei Filippini: ospita materiale proveniente da varie zone della Sicilia e da importanti collezioni: di particolare interesse le metope del tempio C e del tempio E di Selinunte, oggetti greci ed etruschi, la raccolta di ancore antiche, oltre ai reperti di età preistorica; il Museo archeologico Fondazione Mormino; la già menzionata Galleria nazionale di Sicilia; il Museo diocesano, con oggetti e pitture provenienti dalle chiese della diocesi; la Galleria d'arte moderna; il Museo del Risorgimento; il Museo etnografico G. Pitré, uno dei più importanti d'Italia, e infine il Tesoro della Cattedrale, con oreficerie e tessuti, dal tempo dei Normanni alla fine del Settecento.

L'osservatorio astronomico, costruito nel 1790 sulla torre Santa Ninfa del Palazzo Reale, divenne celebre per la scoperta del pianetino Cerere fatta da Giuseppe Piazzi nel 1801.