La città rappresenta un capolavoro del genio creativo del Palladio e la sua opera, fondata su uno studio approfondito dell'architettura romana classica, ebbe un'influenza decisiva sull'evoluzione dell'architettura. Il suo lavoro ha ispirato il cosiddetto “stile palladiano”, uno stile architettonico caratteristico che si è successivamente diffuso in Europa e negli Stati Uniti.

Moltissimi palazzi del centro storico progettati da Palladio sono di committenza privata, tra questi Palazzo Chiericati, oggi sede del Museo Civico, palazzo Barbarano, che oggi accoglie il Palladio Museum, Palazzo Thiene, commissionato da una delle famiglie più abbienti dell'epoca, e ancora palazzo Porto Breganze (mai ultimato), Palazzo Iseppo da Porto, Palazzo Thiene Bonin Longare e Palazzo Pojana che con il loro elegante stile caratterizzano il volto della città.

Tra i lavori di opere pubbliche, svetta in piazza dei Signori la Basilica Palladiana, di cui Palladio si aggiudicò il progetto nel 1546, dall'altro lato della piazza la Loggia del Capitaniato, sua opera giovanile. Poco distante, all'interno dei Giardini Salvi, fa bella mostra di sé la Loggia Valmarana.