Das Haupthaus der Mühlhäuser Museen wurde zwischen 1868 und 1870 ursprünglich als Gymnasium im Stil der Neorenaissance errichtet. Seit der Gründung eines Heimatmuseums 1928 wird das Gebäude am Lindenbühl vor allem museal genutzt.
Nach einer umfangreichen Modernisierung im Jahr 2013 eröffnete das Haus als Kulturhistorisches Museum neu. Die umgestalteten Dauerausstellungen zeigen die wichtigsten Stücke aus dem Sammlungsbestand zur Ur- und Frühgeschichte des Unstrut-Hainich-Kreises, der Stadtgeschichte sowie der Thüringer Kunst des 20. Jahrhunderts.
Mit der musealen Neugestaltung verbunden ist ein modernes museumspädagogisches Konzept. So finden auch junge Besucher im gesamten Haus Hör- und Mitmachstationen zum
Entdecken, Anfassen und Spaß haben.
Die eindrucksvolle Mühlhäuser Marienkirche mit dem höchsten Kirchturm Thüringens ist weit über die Stadtgrenzen sichtbar. Als Architektur- und Geschichtsdenkmal, Müntzergedenkstätte sowie Begegnungsort mit Religion und Kultur ist die Marienkirche eng mit dem Geschick der Stadt und ihrer Bürger verbunden.
Die Ausstellungsbereiche in dem seit 1975 säkularisierten und seither museal genutzten Gebäude bieten ein vielfältiges Angebot. In den Seitenschiffen der Kirche zeigt die Ausstellung „Von Einhörnern und Drachentötern“ zur Thüringer Kunst des Mittelalters wertvolle Altäre und Skulpturen.
Dem radikalen Reformator und ehemaligen Prediger der Marienkirche, Thomas Müntzer, ist ein eigener Bereich in den Kapellen gewidmet.
Zu Baugeschichte und Restaurierung des eindrucksvollen Gotteshauses informiert eine weitere Ausstellung.
Die ehemalige Klosterkirche „St. Crucis“ zählt deutschlandweit zu den bedeutendsten Bettelordenskirchen, die sich bis heute erhalten haben. Sie beeindruckt durch eine schlichte, von Maß und Proportion bestimmte Architektur.
Die 1802 profanierte Kirche wird seit 1975 museal sowie als Konzert- und Tagungsstätte genutzt. Über die Zeit der Vor- und Frühreformation sowie den Bauernkrieg in Thüringen informiert die Dauerausstellung „Luthers ungeliebte Brüder“. Die Gruft der Kirche beherbergt einen Ausstellungsbereich zur wechselvollen Bau- und Restaurierungsgeschichte des ehemaligen Gotteshauses.
Im Außenbereich laden ein nach mittelalterlichem Vorbild gestalteter Klostergarten sowie ein Lapidarium mit Bauteilen historischer Gebäude zum Verweilen ein.
Das Carillon im Turm der Kornmarktkirche setzt durch sein tägliches Geläut jeweils um 12 und 18 Uhr einen besonderen Akzent im historischen Ambiente der Stadt Mühlhausen.
Sehenswert ist auch der Klostergarten im ehemaligen Kreuzgang, der nach den Ideen des mittelalterlichen Gelehrten Albertus Magnus gestaltet wurde.
Die Allerheiligenkirche wurde vor 1287 als Sühneaktion für die von der Bürgerschaft zerstörte Kapelle der Mühlhäuser Reichsburg errichtet. Mit der Schleifung der Burg erlangte die Stadt den Status einer Freien Reichsstadt und war bis zur Eroberung durch die Preußen im Jahre 1802 rechtlich nur dem deutschen Kaiser unterstellt.
Die markante gotische Architektur des einstigen Gotteshauses geht bereits auf die Zeit der Ersterwähnung der Kirche zurück, ist jedoch auch das Ergebnis einer Erweiterung aus der 1. Hälfte des 14. Jahrhunderts. Im Rahmen der Geschehnisse um den Bauernkrieg in Mühlhausen spielte auch die Allerheiligenkirche als Ereignisort eine Rolle. Hier kamen Mitte März 1525 Vertreter der Aufständischen, der innerstädtischen Opposition und des bestehenden Rates zusammen, um über dessen künftige Zusammensetzung zu verhandeln. Auf diese Weise ist die Allerheiligenkirche ein weiteres Mal eng mit einem wichtigen Prozess der Mühlhäuser Stadtgeschichte verbunden.
Im 18. Jahrhundert wurde die nun protestantische Pfarrkirche umgestaltet. Der für das Stadtbild Mühlhausens markante Turm erhielt damals außerdem seine prachtvolle barocke Haube. Das Innere wurde zwischen 1724 und 1754 mit Emporen, Kanzelaltar und einem bemalten Holztonnengewölbe versehen. Im Zentrum des Deckengemäldes erscheint die Heilige Dreifaltigkeit, umgeben von den vier Evangelisten und zahlreichen musizierenden Engeln.
Die Mühlhäuser Museen nutzten die Kirche als Museumsgalerie für die Thüringer Kunst des 20. Jahrhunderts und für zahlreiche Sonderausstellungen. Nach der Ausstellung „Marien Walther - Grafik und Keramik“ vom 15. September bis zum 31. Oktober 2010 wurde die Museumsgalerie wegen baubedingter Umnutzung geschlossen.
Im Rahmen der Thüringer Landesausstellung 2025 wurde sie aufwendig saniert und als Veranstaltungsraum und Histrory Lab für museumspädagogische Angebote wiedereröffnet.
Mühlhausen gehört zu den wenigen Städten, die noch über einen nahezu vollständigen mittelalterlichen Stadtmauerring verfügen. Von den ursprünglich 2,8 km Länge haben sich 2,2 km und eines von vier Haupttoren – das Innere Frauentor – erhalten. Von der Stadtseite dieses Tores aus können die museal gestalteten Befestigungsanlage über eine Länge von 370 Metern besichtigt werden.
Ein herrliches Panorama Mühlhausens und der Umgebung bietet sich von der Aussichtsplattform des Rabenturms (34,2 Meter).
Im Ausstellungsbereich werden die Wehrgeschichte der Stadt und die zahlreichen Stadtbrände, die Mühlhausen ereilten, thematisiert. Ein Stilzimmer mit historischer Ausstattung vermittelt einen Eindruck biedermeierlicher Hauskultur.
