Barselona je poznata kao metropola modernizma. Grad u kojem je živeo i radio arhitekta Antoni Gaudi, sadrži i njegova najreprezentativnija dela, koja godišnje privlače milione turista iz celog svijeta. Najpoznatije delo arhitekte i ujedno najposećeniji arhitektonski objekat u Španiji je katedrala Sagrada Familija (Sveta porodica), koja je ostala nezavršena posle njegove smrti i još uvek se gradi. Predviđa se da će biti završena oko 2020 godine. Druga poznata dela arhitekte su kompleks Park Guelj, gde je arhitekta i živeo poslednjih dvadeset godina svoga života, kuća Mila (katal. Casa Milŕ), poznatija pod imenom Pedrera i kuca Batljo (katal. Casa Batlló). Osim dela arhitekte Gaudija, tu su još i drugi biseri katalonskog modernizma kao što je bolnica San Pau i Palata katalonske muzike (katal. Palau de la música catalana), arhitekte Ljuisa Domeneka i Myntanepa.
Osim modernizma, možemo sresti i istaknuta dela drugih istorijskih perioda. Iz srednjovekovnog perioda vredno je istaknuti dela gotike, koja su prisutna u starom gradu i po kojima je i cela jedna četvrt dobila ime, Gotički kvart (katal. barrio gótico). Njemu pripadaju katedrala Santa Eulalija, bazilika Santa Marija del Mar (karakteristična po harmoniji i čistoći forme) i crkva Santa Marija del Pi koja se nalazi na istoimenom trgu (Plasa del Pi).
Iz savremene arhitekture treba naročito istaknuti nemački paviljon (Paveljon aleman), nemačkog arhitekte i dizajnera Ludviga Misa van der Roea, koji je konstruisan 1929. godine u svrhu internacionalne izložbe, svetskog događaja čiji je domaćin te godine bila Barselona. Tu su još i Zadužbina (fondacija) Djoana Miroa i Paviljon Republike (1937) katalonskog arhitekte Djyzepa Ljuisa Serta i Muzej savremene umetnosti Barselone (skraćeno, MAKBA), američkog arhitekte Ricarda Mejera.