Turm der ehemaligen StadtbefestigungPayerne besitzt eine sehenswerte historische Altstadt mit einem malerischen mittelalterlichen Stadtbild. Der Stadtgrundriss zeigt nahezu ein Quadrat mit einer Seitenlänge von rund 300 m. Von der mittelalterlichen Stadtbefestigung stehen heute noch vier Türme aus dem 13. und 14. Jahrhundert. Es sind zahlreiche Bürger- und Patrizierhäuser aus dem 17. bis 19. Jahrhundert erhalten.
Das Zentrum der Altstadt bildet die ehemalige Abteikirche Notre-Dame aus dem 11. Jahrhundert. Östlich der Abteikirche steht die reformierte Pfarrkirche, die im 13. und 14. Jahrhundert vermutlich über den Fundamenten der Kapelle des Bischofs Marius errichtet wurde. Der dreischiffige gotische Bau wurde im 16. Jahrhundert umgestaltet und beherbergt seit 1818 das Grabmal der burgundischen Königin Berta von Alamannien (* um 907, † nach 966).
Ebenfalls im Zentrum der Altstadt, neben der reformierten Pfarrkirche, befindet sich das spätgotische Gerichtsgebäude, das 1571–72 erbaut wurde und im Gerichtssaal Renaissancemalereien zu verschiedenen Gerichtsthemen aufweist. Bemerkenswert sind ferner zwei Brunnen, der Bannerträgerbrunnen und der Brunnen der Serruriers, beide mit Figuren aus dem frühen 16. Jahrhundert.