Омск выделяется среди других крупных городов России разнообразием своей архитектуры. Исторический центр Омска отличается многоликостью исторической архитектуры и колоритом архитектурных ансамблей. Изначально, будучи городом-крепостью, Омск застраивался преимущественно зданиями военного значения. Это были в основном деревянные постройки. Многие постройки первой и второй Омских крепостей не сохранились. Самое старое из сохранившихся строений второй Омской крепости — здание гауптвахты, построенное в 1784 году в стиле барокко. Сохранились и другие каменные строения второй Омской крепости, многие из них сегодня являются памятниками архитектуры. Самым ярким наследием города-крепости являются Тарские (разрушены в 1959 г., восстановлены в 1991 г.), Омские (снесены в 1936 г., восстановлены в 2011 г.), Иртышские (разрушились в 1928 г., восстановлены в 2011 г.) и Тобольские (реставрированы в 2009 г.) ворота. Однако нынешний исторический облик Омска сложился лишь в конце 19 в. — начале 20 века. Когда в 1864 г. Омск утратил значение крепости, и были разрушены крепостные стены, появилась перспектива масштабной по тем временам застройки освободившихся территорий. С проведение Транссибирской магистрали в город начинают стекаться крупные предприниматели и купцы. Открывая свои предприятия, новые магазины и первые банки, они застраивают город зданиями со «столичной» архитектурой. Во второй половине 19 века сложился Любинский проспект, который сегодня является историческим «сердцем» города. Вдоль улицы расположились здания с богатой архитектурой в купеческом стиле. В районе проспекта образовался исторический квартал, который полностью сохранился до наших дней. Квартал представлен не только зданиями бывших магазинов, но и зданиями банков, страховых сообществ, учебных заведений, гостиниц и даже первых омских кинотеатров. На Любинском проспекте в 1904 г. по проекту И. Г. Хворинова был построен первый городской театр. Облик театра дополнил архитектурную композицию центральной улицы, став впоследствии одним из символов Омска. Сегодня это здание имеет наименование Омского государственного академического театра драмы. Позже, в советские годы, Любинский проспект был переименован в улицу Ленина. Это название улица носит по сей день. Помимо квартала вдоль Любинского проспекта в начале 20 века сформировались другие центральные улицы, которые и сегодня не утратили своего исторического значения. С приходом советской власти была утрачена половина богатого архитектурного наследия Омска. Были снесены многие храмы, купеческие дома и строения второй Омской крепости. В послевоенное время Омск пережил ещё один строительный взлет. В центре города массово сносились ветхие деревянные постройки, строились первые многоэтажные здания, отвечающие условиям не столько красоты, сколько требованию общественной пользы. В 50-х годах формируется Ленинградская площадь, застроенная преимущественно зданиями в сталинском стиле. Доминантой площади является известный «Дом со шпилем», построенный в 1951 г. в стиле ампир. Ленинградская площадь является ярким свидетельством нового направления в архитектуре и строительстве Омска. Сегодня многие памятники архитектуры реставрируются и приобретают свежий облик. С 1990-х годов в Омске проводится реконструкция Омской крепости, которая должна завершиться к 300-летию Омска. К праздничной дате приурочены и многие другие работы по реставрации, реконструкции и восстановлению зданий. Так в 2007 году был восстановлен Успенский кафедральный собор, изначально построенный в 1898 году. В 1937 г. он был снесен, а на его месте долгое время располагался сквер. Однако 2 июля 2005 года при сотрудничестве Омской епархии и властей города и региона начались работы по восстановлению собора. В 2007 году собор был торжественно открыт. Сегодня Успенский кафедральный собор является архитектурной доминантой Соборной площади. В 2014 году была реконструирована улица Чокана Валиханова, архитектурный облик которой начал складываться ещё в 19 веке. Началась реконструкция Любинского проспекта, также приуроченная к 300-летию Омска. Таким образом, исторический центр Омска сегодня активно реставрируется, приобретая свой исторический вид.

Современная архитектура Омска представлена в основном в центральной части города и на Левобережье Иртыша. В центре города, начиная ещё с советских годов, появились многие современные здания, которые впоследствии стали достопримечательностями города. Среди таковых можно выделить Музыкальный театр, здание Речного вокзала, ТЦ «Омский». Были построены здания жилого общественного, торгового и делового назначения, выделяющиеся на фоне исторического центра необычностью форм: ТЦ «Флагман», ТЦ «Герцен-Плаза», ТЦ «Миллениум», ЖК «Ласточкино» и другие. Однако в основном современная архитектура представлена на Левом Берегу Иртыша. Начиная с 70-х годов, Левобережье активно застраивалось и сегодня превратилось в крупный жилой массив, не утратив своего значения основной «строительной площадки» Омска. В этом районе были построены крупные торговые центры, жилые комплексы и микрорайоны, здания общественного, спортивного и делового назначения. К ним относятся ТОК «Фестивал-Сити», микрорайон «Кристалл», 5-й микрорайон, спортивный комплекс «Арена-Омск» и другие. В новостройках ярко проявляются современные направления в архитектуре Омска.

Однако основную часть города занимают панельные дома и частный сектор. В Омске более тысячи домов первых массовых серий, в том числе 170 домов серии 1-335 ПК, доля последних в объёме жилого фонда Омска — самая высокая в России. Часть из них ремонтируется с усилением несущих конструкций. Омск выделяется на фоне других городов по накопленному опыту и методам капитального ремонта «хрущёвок». Износ жилого фонда превышает 50 %.

Около 30 % территории города занимает частный сектор (Старый Кировск, Порт-Артур, Старая Московка, улицы Северные, Линии. По программе регенерации кварталов часть из них (преимущественно в центре города) сносится и застраивается современным жильём или бизнес-центрами.