Das spätmittelalterliche Stadtbild hat sich über die Jahrhunderte erhalten. Die gesamte Altstadt mit ihren 400 Fachwerkhäusern steht unter Denkmalschutz. 1978 wurde Hornburg Bundessieger im Wettbewerb „Stadtgestaltung und Denkmalschutz im Städtebau“. Mehrmals diente die Altstadt als Filmkulisse, u.a. 1976 für den Kinofilm „Grete Minde“ nach einer Novelle von Theodor Fontane und 1953 für „Wenn die Abendglocken läuten“ mit Willy Birgel in der Hauptrolle.

Die Burg, auf einem niedrigen Kalksteinplateau inmitten der Stadt gelegen, war die nördliche Grenzfeste der Halberstädter Bischöfe. Von hier aus zog Kaiser Barbarossa 1181 in den Kampf gegen Heinrich den Löwen. Im Dreißigjährigen Krieg war die mächtige Burg häufiges Angriffsziel kaiserlicher und schwedischer Truppen. 1645 zerstörten die Schweden unter General Königsmarck die Burg. Erst 1922 wurde ein Teil der Burg als privater Wohnsitz wieder aufgebaut.

Nach dem Friedensvertrag von 1648 wurde das Bistum Halberstadt und damit auch die Stadt Hornburg dem Kurfürstentum Brandenburg, dem späteren Königreich Preußen, zugesprochen. 1941 wurde das preußische Hornburg durch eine Gebietsreform im Zuge der Salzgitterverordnung braunschweigisch, womit ihr nach dem 2. Weltkrieg das ungleich härtere Schicksal einer Grenzstadt in der DDR erspart blieb.

Die Blütezeit Hornburgs lag im 16. Jahrhundert, als die Stadt durch Hopfenanbau und Hopfenhandel zu großem Wohlstand gelangte. Dieser Zeit verdankt Hornburg seine vielen reich verzierten Renaissance-Fachwerkhäuser mit ihren bunten Fächerrosetten, u.a. das Neidhammelhaus von 1563 und das Storchenhaus von 1560 auf der Wasserstraße, das Schulhaus der ehemaligen jüdischen Gemeinde, Damm 20, auf dessen Hinterhof eine barocke Synagoge stand und das Alte Zeughaus von 1565, Knick 1, das 1609 um einen auf Stelzen stehenden Giebelvorbau erweitert wurde. Das wohl schönste Fachwerkhaus der Altstadt ist das heutige Schuhhaus Apelroth auf dem Marktplatz, das 1609 als Rats-Apotheke erbaut wurde. An den einträglichen Hopfenanbau erinnern der Hopfenspeicher aus dem Jahre 1672, Damm 7, und das Alte Brauhaus von 1638 im Brauerwinkel.

Eine der schönsten Kirchen im nördlichen Harzvorland ist die ev. Marienkirche von 1616. Sie ist der erste protestantische Kirchenbau im Bereich der Braunschweigischen Landeskirche. Altar und Kanzel sind bedeutende Kunstwerke der Spätrenaissance. Der barocke Orgelprospekt zählt zu den schönsten in Norddeutschland. Die jährlich stattfindenden Kirchenkonzerte locken zahlreiche Besucher aus nah und fern nach Hornburg.

Weitere Sehenswürdigkeiten sind das Dammtor, die Hagenmühle und die katholische Clemenskirche, die zur Erinnerung an den in Hornburg geborenen Papst Clemens II. 1977 eingeweiht wurde. Das Heimatmuseum und das ihm angeschlossene Biedermeierhaus an der Burgmauer informieren über die Geschichte der Stadt.

Seit 1999 ist Hornburg auch „Ein Garten für die Sinne“. Nach Ideen von Professor Hugo Kükelhaus hat die Freie Schule für Musik und Instrumentenbau an mehreren Plätzen der Stadt Objekte zum Sehen, zum Hören, zum Tasten und zum Riechen aufgestellt. Ebenso entstand ein niedersächsischer Bauernrosengarten vor der Sozialstation, dem ehemaligen Krankenhaus der Stadt.