De los monumentos artísticos de Palencia destaca la Catedral, llamada "La Bella Desconocida". Está construida sobre la cripta de San Antolín, formada por los restos de una construcción visigoda del siglo Vll, así como los románicos de la iglesia que
Sancho 111 mandó levantar en el siglo XI. El edificio que actualmente puede admirarse muestra un estilo gótico, clásico de evolución al flamígero. Se comenzó a principios del siglo XIV y se terminó en el XVI, En su interior se encuentran numerosas obras de arte y de estilos: gótico flamígero, isabelino, plateresco y renaciúento. Su estructura es de tres naves con crucero y girola, con cinco capillas radiales o absidiolos; las bóvedas son de crucería.
Sobresalen el retablo de la Capilla Mayor, conjunto renacentista con esculturas de Felipe de Vigamy, pinturas de Juan de Flandes y un i calvario de Juan de Va mase, la Capilla del Santuario, de retablo plateresco, que alberga el sarcófaco de la Reina Doña Urraca; el trascoro, plateresco del XVI, con pinturas en el retablo de Jan Joes y púlpito de Juan de Ortiz, con relieves renacentistas de los evangelistas y escudo del Obispo Cabeza de Vaca, y los sepulcros del Deán Husillos, del Deán Enríquez y de doña Inés de Osorio.
En el Museo Catedralicio se encuentran cuatro tapices flamencos del XV; un San Sebastían de El Greco, un díptico de Berruguete y otras pinturas e imágenes y esculturas románticas y góticas, además de una custodia del XVI y piezas de orfebrería.
No lejos está el Museo Diocesano de Arte Sacro, instalado en el antiguo Palacio Episcopal; reúne pinturas de Berruguete, Juan de Flandes y de Borgoña, calvarios románicos y góticos, artesonados policromados, orfebrería, relojería y libros corales.
En el Museo de Arqueología merece especial atención un sarcófago gótico, el retablo del hospital de los Palmeros de Amusco, ricos fondos numismáticos y piezas prehistóricas.
Otros monumentos interesantes de Palencia son la iglesia de San Miguel, cuya portada románica y torre ojival son del siglo XIII, como el Cristo del interior; la iglesia de San Pablo, fundada a principios del XII, con posteriores reformas, posee un retablo gótico en la capilla del Deán Zapata y los magníficos sepulcros de los Marqueses de Pozas en la Capilla Mayor; la iglesia de San Lázaro conserva portada y torre romántica; la iglesia de San Francisco, antiguo convento del Xlll, del que quedan algunos restos, tiene en su sacristía un rico artesonado mudéjar; la iglesia de Santa Clara, gótica, con bello ábside y portada, donde se venera un impresionante Cristo yacente; la iglesia de San Bernardo, con notable fachada plateresca; la iglesia de Nuestra Señora de la Calle, Patrona de la ciudad, que guarda retablos barrocos, y la iglesia de Sati Juati Bautista, romántica del siolo XII, trasladada desde Villanueva del Río al Parque Huerta de Guadián al construirse el pantano de Aguilar. En las afueras de la ciudad está la ermita del Cristo del Otero, cuya estatua de Casto Rey, del escultor palentino Victodo Macho, preside el paisaje desde sus 20 metros de altura.