Zabytkowa część Trondheim wznosi się na niewielkim trójkącie oddzielonym od reszty miasta rzeką Nid i obmywanym wodami wąskiej i długiej zatoki Trondheimsfjord. Główny plac to rozległy Torvet, nad którym góruje umieszczona na strzelistym cokole statua św. Olafa. Po obu stronach odchodzących z placu alei ciągną się drewniane budynki centrum handlowe i administracyjne miasta.

Celem przybywających do Trondheim pielgrzymów była potężna katedra Nidaros, największa budowla średniowieczna w Skandynawii. Katedra, wspaniale odrestaurowana po kilku pożarach i zniszczeniach z okresu reformacji, cieszy się mianem największej atrakcji Trondheim oraz jednego z najważniejszych zabytków Norwegii. Budynek, noszący do dziś starą nazwę miasta, wzniesiono na część króla Olafa II (ogłoszonego świętym). Prawa katedry otrzymała w 1152 r., kiedy Trondheim stało się arcybiskupstwem o władzy sięgającej aż po Orkady i wyspę Isle of Man. Katedra, tradycyjne miejsce pochówku rodzin królewskich, od 1814 r. stanowi miejsce koronacji wszystkich kolejnych monarchów Norwegii. Fasadę z niebiesko-szarego steatytu wieńczy kryty zieloną miedzią dach i strzelista wieża. Architektura katedry jest przykładem połączenia wielu stylów. Wzniesiona w XI w. budowla była początkowo niewielką bazyliką i dopiero w późniejszym okresie stała się największą średniowieczna konstrukcją w Skandynawii. Okrągłe okna i ornamenty, tzw. "psie zęby", pochodzą z XII w. i są dziełem angielskich kamieniarzy z Lincoln. Wyraźne ślady wpływu gotyku angielskiego nosi także wczesnogotycki chór z ostro podwyższonymi łukami, maswerkami i łukami przyporowymi. Nawa główna powstała na początku trzynastego stulecia także zgodnie z założeniami architektury wczesnego gotyku. Podczas pożaru w 1719 r. uległa jednak całkowitemu zniszczeniu, a wykonana później kopia to niezbyt udany przykład XIX-wiecznego neogotyku. Panujący wewnątrz półmrok ukrywa wiele wspaniałych elementów dekoracji, z bliska można się jednak przyjrzeć odgradzającym chór balustradom ozdobionym drewnianymi rzeźbami dłuta Gustava Vigelanda. Niestety nie da się obejrzeć srebrnej trumny, w której pochowano Olafa, gdyż została wywieziona do Danii i w 1537 roku przetopiona na monety... Idąc na południe od katedry dochodzi się do prawie w całości odrestaurowanego pałacu arcybiskupiego (Erkebispegarden). Z oryginalnej konstrukcji, wzniesionej w XII w. dla trzeciego arcybiskupa Oysteina, zachowały się tylko dwa kamienno-ceglane skrzydła. W okresie reformacji pałac przeszedł w ręce Duńczyków, a w późniejszych latach służył za zbrojownię.

Idąc wzdłuż rzeki na południe, po kilku minutach dochodzi się do mostu Starego Miasta (Bybrua), okazałej drewnianej konstrukcji, z której podziwiać można cały urok XVIII-wiecznych magazynów przy Kjopmannsgata, mieszczących obecnie biura i restauracje. Po drugiej stronie rzeki, w dzielnicy Bakklandet zachowało się kilka jaskrawo pomalowanych drewnianych domów. Więcej starych zabudowań o pastelowych fasadach znajduje się przy bocznych ulicach na północ od Kongens gate i na zachód od Prinsens gate.

Pałac królewski - rokokowy Stiftsgarten z 1774 r. jest największą zabytkową budowlą drewnianą w Skandynawii. Do cenniejszych zabytków miasta należy również Gamle Bybro - most staromiejski z tzw. Bramą Szczęścia.