Το εμβληματικό μνημείο του νησιού, ο Λυκιακός Τάφος, βρίσκεται στα ανατολικά του λιμανιού. Ο λυκιακός τάφος συμβολίζει ουσιαστικά τις σχέσεις του νησιού με τα μικρασιατικά παράλια, και συγκεκριμένα με τους κατοίκους της περιοχής Λυκίας, όπου οι κάτοικοι λάτρευαν τον Λύκιο Απόλλωνα ως λύκο. Χρονολογείται στον 4ο π.Χ. αιώνα και είναι θαλαμοειδής, με αρχιτεκτονικά διαμορφωμένη πρόσοψη σε κόγχη λαξευμένη στο βράχο. Η θύρα είναι διακοσμημένη με τριπλή ταινία και στο εσωτερικό του υπάρχουν νεκρικές κλίνες στις 3 πλευρές, διατεταγμένες σε 2 επίπεδα.

Πρόκειται για το πιο ξεχωριστό κτίριο του νησιού, η αρχιτεκτονική του οποίου βασίστηκε στο Πανεπιστήμιο Αθηνών και η πρόσοψή του αποτελεί αντίγραφό του. Εγκαινιάστηκε στις 7 Ιουνίου του 1903 από τον ευεργέτη του νησιού Λουκά Σεντραπέ. Φιλοδοξώντας να παρέχει μόρφωση υψηλού επιπέδου, η Σαντραπεία Αστική Σχολή δημιουργήθηκε στα πρότυπα της ιδεολογίας του αλληλοδιδακτισμού και οι δάσκαλοί του προέρχονταν από το νησί, την Αθήνα, τη Ρόδο, αλλά και από τη Σμύρνη και την Κωνσταντινούπολη.

Το Αρχαιολογικό και Λαογραφικό Μουσείο Μεγίστης- Καστελλόριζου βρίσκεται στην ιστορική περιοχή του κάστρου και στεγάζεται σε ένα ιστορικής σημασίας κτίριο. Έχει ένα διαχρονικό χαρακτήρα μιας και συμπεριλαμβάνει εκθέματα της αρχαίας αλλά και της νεότερης περιόδου.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά μνημεία της φύσης στη Μεσόγειο, βρίσκεται στο Καστελόριζο και συγκεκριμένα στα νότια του νησιού. Πρόκειται για την περίφημη Γαλάζια Σπηλιά ή "Σπηλιά του Παραστά" ή "Φώκιαλη" (από τις φώκιες που κατοικούν μέσα). Με ύψος 35 μέτρων και πλάτος 40 μέτρων, η Γαλάζια Σπηλιά προκαλεί δέος στους επισκέπτες της με τον πλούσιο σταλακτιτικό διάκοσμο, που αναδεικνύεται από τις ανταύγειες των ακτινών του ήλιου, δημιουργώντας ένα μοναδικό θέαμα.

Το μουσείο Φυσικής Ιστορίας Αιγαίου βρίσκεται στην κοινότητα των Μυτιληνιών, σε κτίριο που έχει ανεγερθεί με δαπάνες του Ιδρύματος Κωνσταντίνου και Μαρίας Ζημάλη καθώς και του ευρωπαϊκού προγράμματος Leader. Στο μουσείο φιλοξενείται από το 1994 και η συλλογή του Παλαιοντολογικού Μουσείου που λειτουργούσε από το 1967.

Το Ευπαλίνειο όρυγμα σχεδιάστηκε από τον διάσημο μηχανικό της εποχής Ευπαλίνο, που καταγόταν από τα Μέγαρα Αττικής, και ολοκληρώθηκε με την εργασία Λεσβίων αιχμαλώτων. Βρίσκεται σε απόσταση 2 χιλιομέτρων από το Πυθαγόρειο και είναι στην ουσία ένα μεγάλο υδραγωγείο που φέρνει νερό από την πηγή Αγιάδες, τη “Μεγάλη πηγή” σύμφωνα με τον Ηρόδοτο.

Τρία χιλιόμετρα έξω από το Καρλόβασι, στην περιοχή "ποτάμι" βρίσκονται οι περίφημοι φυσικοί καταρράκτες της Σάμου. Οι καταρράκτες έχουν εξαιρετική φυσική ομορφιά και σχηματίζουν δύο μικρές λίμνες, ιδανικές για τους τολμηρούς που θέλουν να κολυμπήσουν στα παγωμένα νερά τους.

Η όμορφη πρωτεύουσα της Σάμου βρίσκεται στο βορειοανατολικό τμήμα του νησιού. Το Βαθύ αρχικά ήταν ένας μικρός οικισμός κοντά στο λιμάνι ο οποίος σιγά-σιγά αναπτύχθηκε και εξελίχθηκε στη σύγχρονη πόλη που είναι σήμερα. Η πόλη είναι κτισμένη αμφιθεατρικά στον κόλπο του βαθέος, από τον οποίο και πήρε το άνομα της.

Η πόλη είναι γεμάτη γραφικές γειτονιές με μερικά από τα σημαντικότερα αξιοθέατα του νησιού να βρίσκονται διάσπαρτα στους δρόμους της, όπως η Πλατεία του Πυθαγόρα στο λιμάνι με το μαρμάρινο λιοντάρι της.

Σε απόσταση 0,5 μίλι από τη Σάμο βρίσκεται το ακατοίκητο -σήμερα- νησάκι Σαμιοπούλα. Διοικητικά υπάγεται στο Δήμο Πυθαγορείου και στη Νομαρχία Σάμου. Έχει μία μόνο παραλία, την Ψαλίδα, ένα γραφικό ταβερνάκι και λίγα ενοικιαζόμενα δωμάτια. Το όνομα της σημαίνει ”μικρή Σάμος” και είναι η μεγαλύτερη από τις νησίδες που περιβάλλουν τη Σάμο με μήκος 2,15 χμ.

Από τα λιγοστά κτίσματα στο νησί είναι τα ξωκλήσια της Αγίας Πελαγίας και της Αναλήψεως του Σωτήρος, καθώς και παλιές αποθήκες που χρησίμευαν στα χρόνια που το νησί κατοικούνταν, μέχρι δηλαδή το 1981.

Το Λαογραφικό Μουσείο της Σάμου ιδρύθηκε από το Πνευματικό Ίδρυμα Νικολάου Δημητρίου το 1997. Βρίσκεται στην περιοχή του Πυθαγόρειου και ιδρύθηκε για να δώσει στους επισκέπτες μια ολοκληρωμένη εικόνα της καθημερινότητας των κατοίκων του νησιού ως το 1940.