Nördlich erhebt sich hinter dem Markt der Dom St. Maria, St. Kilian und St. Liborius. Über den Grundrissen seiner Vorgängerbauten entstand er im 13. Jh. als Hallenkirche im gotischen Stil mit romanischen Elementen. Man betritt ihn durch eine Vorhalle und das Paradiesportal aus den 1230er Jahren. Der Dom erfuhr zahlreiche Um- und Neubauten. So wurden die acht Seitenkapellen im 14. Jh. gebaut. Die markante Spitze des Turms (92 m) entstand in den Jahren 1887 bis 1889; sie ersetzte ein unspektakuläres Satteldach.
Einen unverstellten Blick auf den Domturm gab es selten. Um den Dom erstreckte sich ursprünglich die kirchliche, von Mauern umgebene Domfreiheit. Bis ins 14. Jh. ragte der von Bischof Meinwerk im 11. Jh. errichtete Bischofspalast im Westen vor. Als er wegen Baufälligkeit abgerissen wurde, entstanden Wohnhäuser und Werkstätten. Den Marktplatz gab noch nicht, im Mittelalter zog sich hier der Hellweg durch die Stadt. Haus Nr. 19 entstand vermutlich 1692. Viele Jahre beherbergte es die spätere Löwen-Apotheke. Nebenan in Nr. 25 residierte seit den 1880er Jahren die Buchdruckerei Thiele. Der turmähnliche Anbau entstand wohl erst im 19. Jahrhundert.
Nicht nur der Dom, sondern auch das Häuserensemble vor dem Paradiesportal wurde durch Luftminen und Brandbomben vernichtet. Während man die Kathedrale 1946-1949 (Langhaus) bzw. 1954/55 (Turm) neu errichtete, blieb der Platz zum Markt lange unbebaut und bot einen unverstellten Blick auf das Domportal. Auf der Südseite wurde der zweite, völlig zerstörte Giebel des Langhauses als Totenleuchte gestaltet; sie wird an den Jahrestagen der Bombardierungen (17. Januar, 22. und 27. März 1945) sowie zu Allerseelen entzündet. Darunter erinnert eine Inschrift an die Angriffe.
Archäologen stießen in den 1960er Jahren auf Kellerräume des mittelalterlichen Bischofspalastes. Die Gewölbe wurden in den Neubau des Diözesanmuseums einbezogen, der 1975 nach Plänen des Kölner Architekten Gottfried Böhm entstand. Das Museum präsentiert die Zeugnisse der reichen Paderborner Kirchengeschichte vom 10. Jh. bis in die heutige Zeit und ist außerdem Domschatzkammer; ausgestellt wird u. a. der Liboriusschrein. 1991-1993 wurde das Museum saniert. Bei dieser Gelegenheit wurde es gemäß moderner Ausstellungskriterien umgebaut. Seit 1999 ist das Diözesanmuseum regelmäßig Schauplatz kunst- und kulturhistorischer Sonderausstellungen, die auch überregional große Anerkennung finden.
Ab 2013 wurden das Dach des Dom-Langhauses neu gedeckt, die Fassaden saniert und gereinigt sowie Elektrik und Brandschutz modernisiert. Auf dem Südgiebel stehen seither neu angefertigte Heiligenfiguren. Neu ist auch das Kreuz auf dem Turm. Die Arbeiten zogen sich bis ins Jahr 2019 hin. Zusätzlich wurde 2018 das Domgeläut (sechs Stahlguss-Glocken) um zwei Bronzeglocken erweitert und neu konfiguriert.
