El Señorío y luego Ducado de Segorbe, las particulares relaciones con la casa real, así como el hecho de haber sido sede episcopal, influyó no poco en el desarrollo urbano. Pero ha condicionado especialmente la tipología de las edificaciones la economía de la población, basada en gran parte en la agricultura, dadas las óptimas condiciones de la vega. El comercio que esto conlleva y más al ser el centro de la comarca, influye también en la configuración de una zona precisa de la población y en su arquitectura. Cada época y cada estamento ha ido dejando en las edificaciones de la ciudad su impronta, configurándola hasta los tiempos más recientes.
La casa común responde a la tipología corriente de la comarca. Las casas se apiñan, compactas, en las calles estrechas y tortuosas, con abundancia de costanillas. Surgen placetas y rincones tranquilos, muy bellos en su sencillez y rusticidad. Predomina la casa unifamiliar, de dos o tres alturas, según las zonas. Obra de mampostería, enlucidos de tonos claros, con predominio de blancos. Cubierta de teja árabe, con aleros poco prominentes y pequeña zona aterrazada como solarium, que en las zonas de crecimiento del siglo XIX al XX suele situarse en la parte delantera, manteniendo el alero y sobreponiendo una barandilla o antepecho. Abundan los balcones generalmente con antepecho de hierro. En la zona comercial se dan también miradores de primeros de este siglo.
La arquitectura civil noble y burguesa que existe se halla predominantemente en las zonas bajas de ensanchamiento. Los mejores ejemplos se daban en las calles de Colón y cercanías, Obispo Canubio, Escrich, del Cerezo, Calvo Lucia y Cervantes, así como en las plazas del Agua Limpia, Cueva Santa y Almudín. Algunos han sobrevivido a las transformaciones de los últimos años, destacando los de las calles Cervantes, San Antonio y Sopeña. En el casco más antiguo apenas existen restos de algunas edificaciones en la plaza de Las Almas y en las calles más cercanas al castillo. Destacan, entre otros, como más representativos, el Ayuntamiento, el Museo Municipal y el Hospital.
El actual Ayuntamiento fue la residencia de los duques de Segorbe y Medinaceli, en la parte baja de la ciudad. Fue adquirido por el Consejo el año 1864. El edificio parece haber sido levantado en la época de Alfonso de Aragón, segundo duque de Segorbe, que lo fue de 1522 a 1562.
El juzgado y la cárcel, actualmente destinado a Museo Histórico Municipal, lleva en su fachada la placa e inscripción de Carlos IV, en cuyo tiempo se construyó. Es una edificación neoclásica sobria, con tres plantas marcadas por una sencilla imposta. En su frontis, sobre una fuente de época, se construyó en el siglo XIX una edícula para albergar la estatua de la Justicia. La edificación se halla extramuros.
La Casa de la Misericordia y Hospital, de gran monumentalidad, fueron edificadas en la misma época por el obispo Gómez de Haedo, que con las reformas oportunas continúa desempeñando las mismas funciones. Se trata de un edificio rectangular cuyas dependencias se distribuyen en torno a un claustro interior. El arquitecto fue Mauro Mínguez, iniciándose las obras el año 1786.
En las cercanías del hospital se hallaban los lavaderos, donde quedaron integrados elementos de un claustro gótico de la cartuja de Vall de Christ, actualmente adaptados en la Glorieta.
Como sede episcopal, Segorbe abunda en arquitectura religiosa, iglesias y conventos, constituyendo éste el conjunto más monumental. Llego a albergar en su término ocho conventos.
La catedral se construyó intramuros, adosada en parte a las murallas, a partir de la repoblación cristiana en tiempos de Jaime I. Del núcleo original del siglo XIII nada queda, quedando el conjunto configurado en planta en el siglo XIV y completándose en el siglo XV diversas partes tales como las capillas claustrales, la capilla del Salvador y sala capitular, torre y presbiterio este último obra de Juan de Burgos. Su claustro gótico, de planta trapezoidal debida a la irregularidad de la muralla a la que se adosa, constituye uno de los ejemplares más raros, de gran atractivo por su sencillez. Muestra ciertas similitudes con el claustro gótico del Carmen en Valencia, pero con mayor arcaísmo. En el claustro superior, con galería de columnillas, alberga el Museo Catedralicio, donde hallan cobijo una importante colección de tablas góticas, el retablo mayor, obra de Vicente Macip y un gran número de ornamentos religiosos. El templo era gótico, de una sola nave, con capillas entre contrafuertes y cabecera irregular. Fue reformado radicalmente por el arquitecto academicista Vicente Gascó de 1791 a 1795. Participaron afamados artistas de la época como José Vergara y los Camarón.
La iglesia de San Pedro fue edificada a mediados del siglo XIII, aunque ha sufrido grandes transformaciones no quedando apenas nada de su carácter mudéjar. Era de techumbre de madera en vertiente a dos aguas sobre arcos fajones.
El siglo XVII está caracterizado en Segorbe por la profusión de monumentales fundaciones religiosas. El convento de Agustinas en lo que fue el antiguo Beaterio de San Martín fue fundación del Obispo Pedro Ginés Casanova. Las obras se iniciaron en 1620 y destaca el templo, de sobria belleza, como un ejemplo de clasicismo prebarroco con una buena portada lateral. Posee así mismo una destacada colección de retablos y pinturas.
La iglesia de los dominicos es de planta de cruz latina, con cúpula y galerías superiores. La decoración es barroca. Levantaron también convento hoy desaparecido.
En 1635 se inició la construcción del conjunto más monumental de la arquitectura eclesiástica, el colegio y templo de los jesuitas. El fundador y patrocinador, Pedro Miralles, había muerto con anterioridad y su sepulcro estuvo en la iglesia hasta que en 1936 fue destruido, con los altares, tallas y cuadros. La portada de acceso es adintelada y va flanqueada por columnas corintias y ático enmarcando el gran balcón principal. La del templo lleva columnas jónicas con retropilastras y escudo en el templo partido y curvado. El cuerpo superior, menos prominente, con pilastras pareadas y frontón cortado, lleva el escudo de la orden. El templo, de planta de cruz latina, lleva galerías sobre capillas laterales. Lo domina una gran cúpula, con luz propia en el tambor y talla barroca. Las bóvedas son de lunetos, excepto en el presbiterio que es de medio cañón con casetones. El conjunto decorativo barroco se resume en la espléndida sacristía. El año 1771, tras la supresión de los jesuitas, Carlos III lo cedió al obispo Alonso Cano como seminario.
El barroco eclesiástico alcanza en Segorbe su zenit con la iglesia de Santa Ana, lo único restante del convento de los padres mercedarios. Los mercedarios se trasladaron a Segorbe el año 1562 desde su finca de Arguines que existía desde 1251. En 1695 se bendijo la nueva iglesia. Es de una sola nave, sin crucero, con capillas entre contrafuertes, pilastras, capiteles compuestos y rica talla en estuco con abundancia de elementos ornamentales de modillones, fantásticas hojas, rosetas, querubes y tenantes a los lados de los ventanales llevando cestillos de frutas sobre la cabeza. En el ábside, esta decoración se acentúa al cubrirse su plementería con un esgrafiado de rica y cuidada ejecución con grutescos con rameados y motivos animales. Obra que podría atribuirse a Pérez Castiel y sus colaboradores.
Del castillo quedan escasos restos, destacando la torre de la Estrella. En el recinto murado perviven algunos lienzos de muros, puertas y torreones, que bastan para hacerse a la idea de la importancia lograda en el medievo. Piedra y mampostería son los materiales, adquiriendo considerable grosor y altura en algunas zonas. Los restos parecen corresponder a mediados del siglo XIV. Lo más notable son las dos torres que se conservan, Cárcel y Botxí, y las puertas la Cárcel y la Verónica, de configuración también medieval.
También se debe a esta época la transformación del acueducto, con los grandes arcos góticos que vienen a unirse a la torre del Botxí y desde allí conducen el agua sobre la muralla misma en la zona de la calle del Argen hacia el interior de la ciudad.
Existe además un importante y extenso parque edilicio cuya muestra más representativa se encuentra en el Catálogo del Patrimonio Arquitectónico redactado por iniciativa de la Dirección General del Patrimonio Artístico de la Conselleria de Cultura y Educación como base para la preceptiva redacción del Plan Especial de Protección del Conjunto a tenor de lo establecido en el artículo 34.2 de la vigente Ley de Patrimonio Cultural Valenciano.