Kirche Saint-EtienneMoudon besitzt ein gut erhaltenes historisches Stadtbild. Die mittelalterliche Altstadt ist in zwei Teile gegliedert: die ursprüngliche Oberstadt, genannt Le Bourg, auf dem Hügel zwischen Broye und Mérine und die im Lauf des 13. Jahrhunderts entstandene Unterstadt an der Broye, am Ostfuss des Hügels gelegen. Von der ehemaligen Stadtbefestigung ist einzig der Broye-Turm erhalten, ein mächtiges, möglicherweise von den Zähringern erstelltes Turmbauwerk (12. Jahrhundert) zwischen der Unter- und der Oberstadt. Die Stadtmauern und das ehemalige Residenzschloss existieren nicht mehr.
An der Südostecke der Unterstadt steht die reformierte Kirche Saint-Etienne, deren Bau im 13. Jahrhundert begonnen wurde. Sie ist ein bedeutender dreischiffiger Bau der Westschweizer Früh- und Hochgotik; die Nordkapelle stammen aus dem 15. und 16. Jahrhundert. Im Innern sind Wand- und Glasmalereien aus dem 13. bis 17. Jahrhundert erhalten; daneben gehören auch eine Steinkanzel von 1695 und ein reich geschnitztes Chorgestühl (um 1500) zur Innenausstattung. Der Glockenturm war ursprünglich Teil der Stadtbefestigung und erhielt seinen Spitzhelm erst viel später aufgesetzt.
ZeughausChâteau RochefortIn der Unterstadt befinden sich auch das Zeughaus (1774–75), das früher als Kornhalle diente, und das ehemalige Hôpital de Malte von 1556 auf der rechte Seite der Broye. Das Hôtel de Ville (Rathaus) mit seinen Arkaden wurde von 1835 bis 1842 erbaut. La Grenette ist eine weitere ehemalige Kornhalle, die 1861 errichtet wurde. Zahlreiche Bürger- und Patrizierhäuser aus dem 16. bis 18. Jahrhundert sind erhalten, darunter das Maison du Chasseur und das Maison de Cerjat (1698).
Auch die Oberstadt besitzt neben dem Broye-Turm weitere wichtige Gebäude. Durch die Erstellung von Repräsentativbauten im 15. bis 18. Jahrhundert hat sich der ehemalige hochmittelalterliche Charakter der Oberstadt markant verändert. Der spätgotische Bau des Maison des Etats du Pays de Vaud hat seinen Ursprung Ende des 15. Jahrhunderts. Bemerkenswert ist das grosse Vordach des Maison d'Arnay, dessen Kern auf das Mittelalter zurückgeht; das Gebäude wurde jedoch im 16. und 17. Jahrhundert weitgehend neu erbaut.
Im Château de Rochefort, einem imposanten Bau von 1595 mit Treppentürmchen, ist heute das Musée du Vieux-Moudon untergebracht, das eine Sammlung zum gewerblichen und bäuerlichen Leben in der Stadt zeigt. Ein weiterer Bau aus dem 17. Jahrhundert beherbergt die Werke des Malers Eugène Burnand, der in Moudon geboren wurde (Musée Eugène Burnand). Das Château de Carrouge wurde mit seinen angrenzenden Gebäuden im 18. und 19. Jahrhundert neu erbaut. In seinem Garten befindet sich ein Wachtturm aus dem Mittelalter. Am westlichen Ausgang der Oberstadt ist noch eine spätgotische Häusergruppe aus dem 15. und 16. Jahrhundert erhalten.
Ausserhalb der Stadt steht das Château de Billens, ein Herrenhaus aus dem 17. und 18. Jahrhundert.