Die Altstadt von Wismar wurde im Juni 2002 gemeinsam mit der von Stralsund in die Liste der UNESCO Weltkulturerbe aufgenommen. Die wichtigsten Sehenswürdigkeiten sind daher auch in der Altstadt zu finden. Der Marktplatz von Wismar ist exakt 100 mal 100 Meter groß und somit einer der größten Norddeutschlands. Die auf dem Marktplatz stehende Wismarer Wasserkunst ist im Renaissancestil erbaut und diente einst der Wasserversorgung der Stadt.
Das 1817 bis 1819 im klassizistischen Stil erbaute Rathaus zeigt in seinen Kellergewölben eine Dauerausstellung mit Exponaten zur Stadtgeschichte. Das älteste Bürgerhaus der Stadt Wismar ist der Alte Schwede, das um 1380 im gotischen Stil errichtet wurde und heute als Gaststätte dient. Neben dem Alten Schweden steht das ursprünglich spätbarocke Reuterhaus. Hier hatte der mecklenburgische Verleger Dethloff Carl Hinstorff seine erste Verlagsbuchhandlung eingerichtet. Im Jahre 1859 unterschrieb der Schriftsteller Fritz Reuter seinen ersten Verlagsvertrag über die Herausgabe von plattdeutschen Erzählungen. Am Historischen Marktplatz befindet sich auch das bekannte Schabbellhaus, das 1569 bis 1571 für den Ratsherrn und späteren Bürgermeister Hinrich Schabbell als Wohn- und Geschäftshaus erbaut wurde und heute das Stadtgeschichtliche Museum der Hansestadt Wismar beherbergt. Dieses Museum dokumentiert in der Stadtgeschichte die Zeit der Zugehörigkeit Wismars zur Hanse und die Schwedenzeit vom Dreißigjährigen Krieg bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts. Auch der einzige original erhaltene Wismarer Schwedenkopf ist hier zu sehen. Bei dem Schabbelhaus handelt es sich um wichtige Sehenswürdigkeiten in der Nähe vieler Hotels Wismar. Gäste der Hotels Wismar sollten diese bei Stadtbesichtigungen auf dem Plan haben. Sehenswert sind auch die zahlreichen hervorragend sanierten Straßenzüge mit mittelalterlichen bis klassizistischen Giebelhäusern. In der Fußgängerzone hinter dem Rathaus befindet sich das Stammhaus des Warenhauskonzerns Karstadt. 1881 gründete hier der Unternehmer Rudolph Karstadt sein erstes Tuchgeschäft.
Im Stadtgebiet von Wismar gibt es aber noch weitere Sehenswürdigkeiten zu entdecken. So z.B. die Nikolaikirche im Stil der Backsteingotik. Dieser Sakralbau hat eines der höchsten Kirchenschiffe Deutschlands. Von den einstigen Stadttoren ist nur noch das Wassertor erhalten.
Das Baumhaus befindet sich am Alten Hafen. Es verdankt seinen Namen dem Umstand, dass die Hafeneinfahrt früher des Nachts aus Sicherheitsgründen mit Hilfe eines quer gelegten langen Baumstamms abgesperrt wurde. Der historische Alte Hafen ist für Einheimische und Touristen einer der attraktivsten Orte Wismars. Ein Nachbau der legendären Poeler Kogge hat hier seinen Heimathafen. Einen Besuch wert sind auch das Technische Landesmuseum und der Wismarer Tierpark, der sich südwestlich der Wismarer Altstadt auf einer Fläche von 13 ha erstreckt.
Der 27. Juni 2002 war ein großer Tag für Mecklenburg-Vorpommern. An diesem Tag nahm das UNESCO-Welterbe-Komitee die Altstädte von Wismar und Stralsund feierlich in die Welterbe-Liste auf. Die alten Stadtkerne der vorpommerschen Hansestadt Stralsund und der mecklenburgischen Hansestadt Wismar wurden in ihrer Gesamtheit durch diesen Akt als herausragendes Beispiel für das hanseatische Kulturerbe geadelt. Die UNESCO-Verantwortlichen lobten im Zusammenhang mit der Aufnahme Wismars und Stralsund in das Weltkulturerbe ausdrücklich die erheblichen Anstrengungen, die bei der Sanierung und Instandhaltung der beiden Altstädte geleistet worden sind.
Die sich an das historische Hafenbecken anschließende Altstadt von Wismar gilt in Umfang und Geschlossenheit als besterhaltenes und daher besonders schützenswertes städtebauliches Ensemble der Hanse in der südlichen Ostsee-Region. Es gibt in Norddeutschland nur wenige Städte, deren mittelalterlicher Grundriss so gut erhalten geblieben ist.
Im Altstadt-Zentrum breitet sich der mit einer Ausdehnung von etwa einem Hektar zu den größten Plätzen seiner Art in Deutschland zählende Marktplatz aus. Er wird von einer Reihe durchweg denkmalgeschützter Häuser flankiert. Auf dem Platz selbst ist der um 1600 erbaute Pavillon der „Wasserkunst“ genannten frühneuzeitlichen Trinkwasserversorgung eine bedeutende Sehenswürdigkeit.
Zu den bekanntesten Häusern am Markt zählt das älteste Wismarer Bürgerhaus: Der aus dem Jahr 1380 stammende, durch Treppengiebel charakterisierte Backsteingotik-Bau „Alter Schwede“, in dem heute ein Restaurant heimische Küche anbietet. Ganz in der Nähe an der Nordseite des Marktplatzes steht das als Ersatz für das 1807 zerstörte gotische Rathaus 1819 im elegant-schlichten Klassizismus-Stil errichtete Rathaus.
Als letztes erhaltenes der einst fünf Stadttore in der inzwischen verschwundenen Stadtmauer beeindruckt das 1450 errichtete „Wassertor“ am Nordrand der Altstadt unter anderem mit seinem quadratischen Backstein–Turm. Als Museum fungiert nicht weit davon entfernt das in der Frührenaissance erbaute Brau-, Bürger- und Speichergebäude „Schabbelhaus“, das heute stadtgeschichtliche Sammlungen beherbergt.
Im Westteil der Altstadt stellt das an die Schwedenzeit Wismars (1632/48 – 1803/1903) erinnernde, um 1700 erbaute „Zeughaus“ ein beeindruckendes Beispiel europäischer Militärarchitektur des Barocks dar.
Sehenswert sind auch die überaus wuchtigen Wismarer Hauptkirchen St. Nikolai und St. Georgen. Von der dritten Hauptkirche, St. Marien, steht seit 1945 lediglich noch der 80 Meter hohe, als See- und Wahrzeichen bekannte Kirchturm.