Della colonia romana di Barcino restano i ruderi di un tempio in stile corinzio dedicato ad Augusto e buona parte della cerchia delle mura, conservate in alcuni tratti fino all'altezza originaria (9 m) con numerose torri quadrangolari e semicircolari agli angoli. Le numerose sculture e i mosaici scoperti in vari punti della città sono raccolti nel Museo Archeologico. La città si presenta attualmente costituita da un nucleo antico, sviluppatosi tra il sec. XIII e il XV, e separato dalla città moderna dal giro delle Rondas, ampi viali alberati aperti nell'Ottocento sul luogo delle mura dell'epoca di Giacomo II (sec. XIV). Dei monumenti romanici il più importante è la chiesa di Sant Pau del Camp (sec. XII), a croce greca con cupola e tre absidi. Eccezionale è l'insieme degli edifici gotici, di destinazione sia civile sia religiosa, i quali documentano tre secoli di sviluppo dell'architettura catalana. Nella chiesa di S. Caterina (iniziata nel 1223) compare per la prima volta il tipo di chiesa monastica a una sola navata molto ampia, con cappelle tra i pilastri, che diverrà caratteristica della Catalogna e non sarà priva di influenze nella Francia meridionale, anticipando la tendenza alla definizione di spazi semplici e unitari, propria del gotico tardo. La cattedrale (S. Eulalia), iniziata nel 1298, è a tre navate suddivise da sottili pilastri che non interrompono lo spazio, cappelle tra i contrafforti, abside con cappelle radiali, deambulatorio e cripta. L'interno è ricco di opere di scultura e di pittura, specialmente dei sec. XIV e XV. Tra gli altari dipinti spiccano quello della Trasfigurazione, di Lluís Borrassá, il maggior rappresentante del gotico internazionale in Catalogna, e quello di San Gabriel (ca. 1450) di Bernardo Martorell, artista di transizione tra il gotico e il nuovo naturalismo di importazione fiamminga. La celebre Pietà del canonico Desplá (1490) di Bartolomé Bermejo, capolavoro conclusivo della pittura "ispano-fiamminga" del Quattrocento, è conservata nell'annesso Museo Capitolare. Gotici sono l'altare maggiore, il coro e il chiostro. Nella cripta è conservata l'arca di S. Eulalia, opera di scuola pisana della prima metà del sec. XIV, significativa testimonianza dei rapporti tra Italia e Catalogna nel Trecento. Della prima metà del Trecento sono la chiesa di S. Maria del Pino (iniziata nel 1322); la chiesa di S. Maria del Mar (iniziata nel 1328), capolavoro del gotico catalano, a tre navate con deambulatorio; la chiesa dei Santi Justo y Pastor (iniziata intorno al 1342); la cappella di S. Agueda annessa al Palacio Real Mayor (in catalano, Palau Reial Major), dove si conserva il retablo dell'Adorazione dei Magi di J. Huguet (1464-65). Al di fuori della città vecchia si trova il monastero di Pedralbes, fondato nel 1326, con chiesa e chiostro gotici e fondamentali affreschi (1345-46) di Ferrer Bassá, caposcuola della pittura catalana trecentesca e diffusore di modi italiani. Nel secondo Trecento e nel Quattrocento, esaurite le grandi imprese architettoniche religiose, l'architettura gotica è documentata soprattutto da una cospicua serie di edifici civili: così il Salón de la Lonja (Loggia di commercio, 1383), inserito nel settecentesco Palacio de la Contratación; il Salón del Tinell (1359-62) nel Palacio Real Mayor; la Casa Consistorial (municipio) con la facciata del 1402 e il Salón de Ciento (1373); la Deputación de Cataluña, per cui eseguì opere Pere Johan, il più importante scultore catalano del gotico internazionale; le Atarazanas, oggi Museo Marittimo; i resti imponenti dell'arsenale; il Palacio de la Audiencia; infine, fuori della città, l'ospedale di S. Cruz (1401).
Meno significativa fu l'attività edilizia nei secoli successivi, in relazione anche alla decadenza economica e politica della città. Soltanto nell'Ottocento Barcellona, diventata la prima città industriale della Spagna, conobbe una vigorosa espansione urbana. Nel 1858, sul luogo della cinta muraria abbattuta nel 1854, vennero aperti dei viali a percorso circolare, le Rondas. Nel 1859 venne approvato il piano regolatore di I. Cerdá, che prevedeva l'espansione della città a monte del nucleo antico e a NE lungo il mare, su pianta rettangolare a scacchiera e con un lungo asse diagonale di attraversamento. Tale ampliamento (Ensanche), realizzato poi con alcune modifiche, è strutturato su tre arterie principali il Paseo de Gracia, ampio viale alberato, termina al margine della città vecchia nella Plaza de Cataluña, da dove partono le Ramblas, che attraversano il nucleo antico fino al mare, e l'Avenida José Antonio Primo de Rivera che con l'Avenida del Generalísimo Franco attraversa la città nuova. Più tardi vennero creati alcuni parchi periferici: nel 1888, in occasione dell'Esposizione Universale, il parco di Montjuich, sulla collina che delimita a S la città vecchia; nel 1900-14 il parco di Güell, di Antonio Gaudí, del quale bisogna ricordare inoltre la Casa Batló, la Casa Miláe la chiesa della Sagrada Familia. L'Esposizione Internazionale del 1929 segna una tappa significativa di un lungo processo di sviluppo della città verso ponente, con l'espansione dell'Ensanche e il consolidamento della colonizzazione della collina del Montjuich. Nel 1933 viene redatto il Piano Marcia con la partecipazione di Le Corbusier che proponeva un modello razionalista di crescita urbana, mai realizzato a causa della guerra civile. Nel 1953 il Piano Comarcal istituzionalizzava l'ambito dei ventisette comuni che costituiscono l'area metropolitana, prevedendo due zone di espansione lungo l'asse levante-ponente. Dopo venti anni di espansione disordinata, nel 1976 viene redatto un Piano generale metropolitano con conseguente riorganizzazione della maglia viaria, con la creazione di aree verdi e strutture collettive. Nel 1986 Barcellona è stata designata sede dei giochi olimpici del 1992, evento che ha dato vita a nuovi importanti interventi urbanistici. Di particolare rilevanza il riassetto del litorale orientale quale prolungamento del lungomare cittadino e le opere realizzate nella parte ovest della città, il Montjuïc, divenuto fulcro delle costruzioni olimpiche. Nel 1990 sono sorti in quest'area il palazzo dello sport di A. Isozaki e lo stadio olimpico di V. Gregotti mentre per l'occasione veniva riabilitata la teleferica del 1929 che con due tratti lunghi 700 metri e due sole torri in traliccio di ferro alte cento metri, dal Montjuïc scavalca il porto terminando sulla spiaggia. Non tralasciando di menzionare, nella stessa zona, gli interessanti esperimenti di modellazione del terreno operati da C. Ferrater per il nuovo orto botanico (1999) va sottolineata la maestosità della Torre delle Comunicazioni anche detta Torre S. Calatrava dal nome del suo creatore. La si riconosce da lontano per la forma particolare. Disegnata dall'architetto spagnolo, autore in città di un altro emblema dell'architettura d'avanguardia il ponte Filippo II (1987), ed edificata tra il 1989 e il 1992, la torre è alta 136 metri e svolge anche il ruolo di gigantesca meridiana. Spostandosi invece nella zona del litorale est si può osservare come la riqualificazione abbia trasformato un vasto terreno abbandonato e occupato da insediamenti industriali in un quartiere completamente destinato agli sport e al tempo libero. Il villaggio olimpico che al termine della manifestazione è stato riconvertito in zona residenziale, si estende con i suoi 2000 appartamenti dove un tempo moli decrepiti impedivano la vista al mare. È qui che, testimoniando l'interesse dell'architettura moderna per costruzioni dalla notevole elevazione, davanti alla piazza dei Volontari, si ergono due nuove torri dalla severa architettura. Una delle torri è l'Hotel Arts, opera degli architetti B. Graham e F. O. Gehry, l'altra, la torre Mapfre, dovuta all'ispirazione di I. Ortiz e E. de León, destinata ad uffici e ad un centro commerciale nella parte inferiore. Le torri sono alte 153,5 metri e sono le più alte di tutta la Spagna. Di fronte alle torri, praticamente sulla spiaggia, luccica una gigantesca scultura sospesa, in fasce di rame intrecciato a forma di pesce in volo verso il mare, sempre di F. O. Gehry, e poco distante, sullo stesso litorale, il basso edificio cilindrico di Á. Siza Viera che ospita il Centro Meteorologico. Gli ultimi dieci anni del sec. XX hanno visto cambiare profondamente il volto costruito della città, non solo per le grandi opere realizzate in occasione dei giochi olimpici. Molti i capolavori di architettura moderna che portano la firma dei creatori più attivi in questi anni. È opera di Bofill il Teatro nazionale di Catalogna, inaugurato nel 1997, la cui grandiosa sagoma ricorda il Partenone mentre, due anni più tardi, proprio a fianco del teatro è stato ultimato l'auditorio che porta la firma del madrileno Moneo autore di una nuova architettura dotata di tecnologie di punta e di una acustica straordinaria. Il recente recupero del quartiere della Plaça de les Glories Catalanes completa, 150 anni dopo, i progetti di Cerdá che spostavano lì il nuovo centro cittadino mentre il Parco del Estació del Nord, aperto nel 1988 dietro la dismessa stazione del nord è "abitato" dalle sculture di Beverly Pepper, realizzate in mosaico bianco e blu e ispirate alle opere di Gaudí. Altrettanto degna di nota è la Plaça dels Països Catalans, che, realizzata da Viaplana e Piñon, architetti del Centro di Cultura Contemporanea di Barcellona (CCCB) nel Raval, al momento della sua inaugurazione (1982) suscitò molte critiche collocata come è all'incrocio di tracciati stradali e ferroviari. Altrettanto innovativi gli interventi destinati alla riqualificazione ambientale. Tra tutti vanno almeno ricordati il Parc de la Ciutadella, sito dell'Esposizione Internazionale del 1988 in precedenza militare, ora divenuto il polmone verde della città e oasi molto frequentata dai barcellonesi con una estensione di 17 ettari, una cascata monumentale, sculture tra le più emblematiche di Barcellona. E i lavori nell'area portuale che, grazie ad una progettazione coordinata fra O. Bohigas, J. Martorell, D. Mackay, A. Puigdomenech, J. R. de Clascà hanno portato alla realizzazione di passeggiate come la Rambla de Mar, il Mirador del Port Vell, il Mol d'Espanya, caratterizzate da interessantissimi interventi di progettazione del verde e di arredo urbano, apprezzabili soprattutto per l'originale disegno dell'illuminazione notturna e punteggiati da edifici polifunzionali come il Maremagnum, e l'Aquarium che è il più grande d'Europa. Nel sottolineare la posizione di assoluto primo piano che Barcellona ha assunto nel testimoniare gli sviluppi della più moderna architettura non possono però essere dimenticati i capolavori del passato: il Padiglione Mies van der Rohe primo e splendido esempio di architettura razionalista costruito per rappresentare la Germania alla Esposizione Universale del 1929 che, demolito alla fine della manifestazione è stato, nel 1986, fedelmente ricostruito quasi nello stesso luogo e la cattedrale della Sagrada Famiglia il cui cantiere prosegue dal 1883, aggiornato con tecniche computerizzate avanzatissime, nell'assoluto rispetto del progetto originale di A. Gaudí.
