Das Herz der Altstadt schlägt am Hauptmarkt. Den lang gestreckten Platz rahmen stattliche Palais aus Renaissance und Barock. Schmuckstück ist das Alte oder Rote Rathaus mit seinem geschwungenen Giebel. Auf einer Anhöhe liegt das von Herzog Ernst I. den Frommen erbaute Schloss Friedenstein. Er hatte Gotha 1640 zur Residenz des Herzogtums Sachsen-Gotha ernannt. Altstadt und Schloss verbindet die Brunnenanlage ›Wasserkunst‹ (1895).
Schloss Friedenstein, eine dreiflügelige Barockanlage, entstand 1643–54. Im vierstöckigen Hauptflügel befinden sich die herzoglichen Appartements. Den Abschluss der niedrigeren Seitenflügel bilden zwei turmartige Pavillons. Im südwestlichen Pavillon ist das Ekhof-Theater sehenswert. Es besitzt eine ausgefeilte Bühnentechnik mit Kulissenwagen und Seilzügen, die noch immer funktionieren. Das Schloss beherbergt zudem das Museum der Natur mit mehreren naturkundlichen Sammlungen sowie das Historische Museum. Aufgrund von Sanierungsarbeiten, die voraussichtlich noch bis 2032 andauern, sind nicht alle Schlossbereiche zu besichtigen. Der Schlosspark wurde 1769 als englischer Landschaftsgarten angelegt.
Das Herzogliche Museum zu Füßen des Schlosses Friedenstein wurde 1864–79 im Stil des Historismus errichtet. Das Haus zeigt die städtischen Kunstsammlungen, die aus den Kollektionen der Gothaer Herzöge hervorgegangen sind, Exponate aus Ägypten, der römischen Antike, aus China und Japan, dazu Gemälde und Skulpturen.
