Архітектура Одеси формувалася впродовж кількох історичних періодів — від забудови поселення Хаджибей та османської фортеці до регулярного портового міста кінця XVIII—XIX століть, радянської забудови та сучасної архітектури. Основу планувальної структури центральної частини міста становить прямокутна мережа вулиць, закладена наприкінці XVIII століття та орієнтована відповідно до рельєфу узбережжя і напрямку до моря.
Особливо значний архітектурний ансамбль сформувався у XIX — на початку XX століття внаслідок швидкого розвитку Одеси як міжнародного торговельного порту. В архітектурі міста представлені класицизм, різні напрями історизму та еклектики, модерн, а згодом — конструктивізм, радянський неокласицизм і модернізм. Значний внесок у формування забудови Одеси зробили архітектори різного походження, зокрема Франц Боффо, Франческо Моранді, Джорджо Торрічеллі, Людвік Оттон, Фелікс Гонсіоровський, Олександр Бернардацці та інші.
Архітектурне середовище Одеси відображає багатокультурний склад історичного населення міста й охоплює житлові будинки та палаци, торговельні споруди, театри, банки, біржі, склади, а також православні, юдейські, католицькі, протестантські та інші культові споруди. До найвідоміших міських ансамблів і споруд належать Приморський бульвар, Потьомкінські сходи, Одеський оперний театр і Пале-Рояль.
У 2023 році Історичний центр Одеси було внесено до Списку всесвітньої спадщини ЮНЕСКО за критеріями (ii) та (iv) і одночасно — до Списку всесвітньої спадщини під загрозою. Хаджибей і формування міста наприкінці XVIII століття На території сучасного історичного центру Одеси у XIV—XV століттях існувало поселення Качибей із портом та укріпленнями. У XVI—XVIII століттях ця територія перебувала під владою Османської імперії, а від середини XVIII століття в документах поселення фігурувало під назвою Хаджибей.
У 1765 році османська влада спорудила тут фортецю Єні-Дунья, відому також як Хаджибейський замок. Вона розташовувалася поблизу узбережжя Одеської затоки та контролювала підступи до гавані. Під час російсько-турецької війни 1787—1792 років у 1789 році фортецю захопили російські війська. За Ясським мирним договором 1791 року Хаджибей разом із прилеглою територією відійшов до Російської імперії.
У 1793 році за проєктом військового інженера Франца де Воллана розпочалося спорудження нової фортеці та військової інфраструктури. Наступного року було ухвалено рішення про розбудову Хаджибея як портового міста, а 22 серпня (2 вересня) 1794 року закладено перші портові споруди.
План міста, розроблений де Волланом у 1794 році, став основою подальшої містобудівної структури Одеси. Він передбачав регулярну мережу прямих вулиць і прямокутних кварталів, пристосовану до берегової лінії та двох глибоких балок, що виходили до моря. У плануванні були використані принципи класицизму: функціональне зонування, регулярна вулична мережа та система міських площ. Ця структура значною мірою визначила подальший розвиток історичного центру міста у XIX столітті.
Початковий етап забудови: кінець XVIII — 1810-ті роки Початкова забудова Одеси розвивалася відповідно до регулярного плану Франца де Воллана, затвердженого 1794 року. Його основою була прямокутна мережа вулиць і кварталів, зорієнтована з урахуванням берегової лінії та рельєфу місцевості. Головні напрями вулиць пов'язували центральну частину міста з портом і морем. Закладена наприкінці XVIII століття планувальна структура надалі зберегла визначальне значення для розвитку історичного центру Одеси.
Наприкінці XVIII — на початку XIX століття забудова міста залишалася переважно малоповерховою. Поряд із кам'яними спорудами існували тимчасові житлові будинки та господарські споруди. Для капітального будівництва широко використовували місцевий вапняк. Поступово нерегулярна забудова перших років поступалася місцем кварталам, сформованим відповідно до затвердженого міського плану.В архітектурі перших десятиліть XIX століття домінував класицизм. Поширеними були прості симетричні композиції фасадів, стриманий декор та використання античних архітектурних форм. Важливу роль у забудові ранньої Одеси відігравали військові інженери та перші міські архітектори, серед яких Франц Фраполлі.
Одними з перших великих громадських споруд стали міський госпіталь і театр. Головний корпус госпіталю почали споруджувати 1804 року за проєктом Жана-Франсуа Тома де Томона; будівництвом керував Франц Фраполлі. За проєктом Тома де Томона було зведено також перший Одеський міський театр, відкритий 1810 року. Ці монументальні споруди позначили перехід від переважно утилітарної забудови початкового періоду до формування репрезентативного міського середовища.
У перші десятиліття XIX століття разом із житловою забудовою формувалися портові, торговельні, адміністративні та культові споруди. Подальший розвиток порту й міжнародної торгівлі, а також запровадження режиму порто-франко 1819 року сприяли швидкому зростанню міста та переходу до масштабнішої кам'яної забудови у 1820—1840-х роках.
Класицизм 1820—1840-х років У 1820—1840-х роках Одеса переживала період швидкого містобудівного розвитку, пов'язаний насамперед зі зростанням морської торгівлі та статусом порто-франко, який місто мало від 1819 року. У цей період сформувалися основні ансамблі центральної частини міста, а переважно одноповерхову забудову перших десятиліть поступово доповнювали дво- і триповерхові кам'яні житлові та громадські споруди.
Провідним напрямом архітектури залишався класицизм, однак його форми ставали різноманітнішими. Значну роль у формуванні архітектурного образу Одеси відіграли архітектори італійського та швейцарсько-італійського походження, зокрема Франц Боффо та Джорджо Торрічеллі. Їхня діяльність була пов'язана як зі спорудженням окремих палаців і громадських будівель, так і з формуванням репрезентативних міських ансамблів.
Одним із головних осередків містобудівних перетворень став Приморський бульвар. У 1820—1840-х роках тут сформувався ансамбль житлових і громадських споруд, орієнтований на морський фасад міста. Біля пам'ятника герцогу де Рішельє було споруджено два напівциркульні корпуси, що утворили невелику парадну площу. Композиційним продовженням цього ансамблю в напрямку порту стали монументальні Приморські сходи, споруджені у 1830—1840-х роках.
На західному завершенні бульвару у 1820-х роках за проєктом Франца Боффо було створено комплекс Воронцовського палацу — резиденцію генерал-губернатора Михайла Воронцова. До ансамблю входили палац, господарські споруди та бельведер-колонада. Палацовий комплекс став одним із найхарактерніших зразків монументального класицизму Одеси першої половини XIX століття.
У цей самий період розвивалася забудова торговельного й адміністративного центру. 1834 року завершили будівлю купецької біржі на сучасній Думській площі, яка згодом була перебудована під міську думу. Поряд із громадськими будівлями споруджували численні житлові будинки, готелі, торговельні приміщення та склади, що відображало роль Одеси як одного з найбільших портових і торговельних центрів Чорного моря.
Серед архітекторів цього періоду особливо помітним був Джорджо Торрічеллі. До його одеських робіт належали житлові, громадські й торговельні споруди. Його власний будинок на розі Дерибасівської вулиці та Грецької площі було споруджено 1837 року; 1901 року будівлю перебудував інженер Альфред Юргевич.
Наприкінці 1830-х — у 1840-х роках поряд із пізнім класицизмом дедалі частіше використовували елементи історичних стилів, зокрема неоготики та неоренесансу. Ця тенденція означала поступовий перехід від відносно однорідної класицистичної архітектури перших десятиліть XIX століття до стилістичного різноманіття середини та другої половини століття.
Див. також Сабанські казарми, Одеський художній музей.
1820-і — 1830-і рр
З розвиненням торгівлі і влаштування Порто-Франко місто швидко забудовувалось, були знесені землянки.
Зазвичай архітектуру років царювання Олександра І зараховують до стилю ампірДмитрий Швидковский. Осуществленная утопия Александра I. Насправді ампір в роки його правління використовували лише для обмеженої кількості споруд державницького значення та для тріумфальних споруд, призначених увічнити військові перемоги російського імператора. В перелік таких міст поселення в Одесі входити не могло.
Стилістика ампіру мала одиничні зразки навіть у післяпожежній Москві, другій столиці імперії. Стилістика ампіру була використана лише в декотрих спорудах архітекторів Карло Россі та Тома де Томона, тоді як масова забудова мала стилістику пізнього класицизму (твори Доменіко Жилярді, Франческо Боффо, Вільяма Гесте, Франческо Кампорезі). Ампір і класицизм в той час співіснували. Чужинський для України ампір (як стиль військової еліти Росії) має лише один чистий зразок — забудова так званого Олександрівського майдану та монументи на честь Полтавської перемоги, створені за проєктами столичних (а не місцевих) архітекторів і не підтриманих надалі в архітектурній практиці провінції.
Значні архітектурні споруди зводились по проєктам столичних архітекторів, а нагляд за будівництвом таких будівель здійснювали міські архітектори. Одним з таких місцевих архітекторів, якому була доручена реалізація багатьох таких проєктів був архітектор Ф. К. Боффо (1796—1867), який почав працювати у Одесі з початку 1820-х років. Двадцять років (1837—1857) був архітектором при особі Новоросійського та Бесарабського генерал-губернатора. У 1844 році був затверджений проєкт власного чотириповерхового будинку Боффо у пров. Чайковського, 8.
У 1826 році столичним архітектором М. П. Мельниковим був розроблений проєкт парних напівциркульних будинків, що були розташовані між Приморським бульваром і Катеринінською площею. Західна будівля призначалася для присутніх місць (установа, що збирала податки), а східна була продана у приватні руки і тривалий період у ній існував готель. Будівлі стали візитівкою міста. У тому же році за проєктом невідомого архітектора почалося спорудження садиби генерал-губернатора Новоросійського краю М. С. Воронцова. Будівля уявляє собою один з найкращих візірців класицизму у Одесі. Окрім палацу був споруджений бельведер, стайні, двірницька та кухонний корпус. На жаль прибудовою 1828 року на довгий період було спотворено вигляд палацу з боку Військової балки.
У 1827 році архітектором Ф. К. Боффо був розроблений проєкт лютеранської церкви на вулиці Новосельського. Храм мав великий портик та вежу незначних розмірів, з торця споруда нагадувала звичайний двоповерховий будинок.
У 1827—1830 рр. за проєктом невідомого архітектора на Рішельєвській вул., 2 був споруджений будинок для градоначальника. Споруда мала монументальні форми — була триповерховою з колонами гігантського ордеру. Як житло для градоначальника практично не використовувався і далі надавався містом у оренду різним підприємствам. Тривалий час у будинку розміщувався готель «Рішельєвський». У 1944 році будинок буд пошкоджений у наслідок авіаудару і згодом розібраний.
У 1828—1830 рр. за проєктом невідомого архітектора на Думській площі була споруджена будівля купецької біржі. Три крила з'єднані у формі літери «П», а з четвертого боку — колонада утворювали атріум, подібно архітектурі давнього Риму.
У 1841—1842 роках за проєктом Д. І. Торічеллі постала спеціальна будівля Одеського (пізніше Англійського) клубу. Фасади його у останній третині XIX століття були дещо змінені.
Значну частину споруд у Одесі складали складські будівлі, що призначалися для зберігання борошна, за тогочасною термінологією вони називалися магазинами. Таки будівлі могли побудувати будь де у місті у залежності, де власник отримав ділянку, однак найбільш популярними були місцевості біла проїзду до порту у Військової і Карантинної балках. Однією із значних споруд і одночасно значною був триповерховий склад Фундуклея на Садовій вул., 1а (арх. Ф. К. Бофо, 1828 р.). Особливо монументальним є склад Сабанського (арх. Торічеллі, 1827 р.), що пізніше був переобладнаний на т. з. Сабанські казарми.