La principal atracció turística de la ciutat sens dubte és el Castell. Va ser construït al punt més alt de la ciutat, a 60 metres sobre el nivell del mar, des d’on es podia controlar tota la franja de la costa que va des de Barcelona fins al Massís del Garraf. Tot i que hi ha proves de que va ser construït al segle X, va ser al segle XV quan va patir la transformació més gran: es van construir més cambres i el van reforçar per controlar els atacs que provenien del mar. No va ser fins tres segles més tard quan va adquirir la forma actual.
Durant el segle XIX, quan la ciutat ja no rebia atacs per part dels pirates, el castell va ser abandonat. Però a finals de segle, l’empresari barceloní Manuel Girona el va comprar i va encarregar la seva reconstrucció així com la d’una nova muralla. Actualment es fa servir com a sala d’exposicions.

Castelldefels sempre va tenir una església, la del castell, que formava part del mateix edifici. Però sembla ser que la seva ubicació d’alt del turó feia difícil que la gent gran o malalta pogués assistir als oficis religiosos. Això, junt amb el desig del propietari, Manuel Girona, de fer-la servir de forma privada va provocar que l’any 1903 es construís un altre temple en una zona més assequible, l’Església de Santa Maria de la Salut. L’Església del Castell, que data del segle X, és d’estil romànic i al seu interior es poden admirar els murals del pintor Serrasanta.

Encara es conserven les torres de guaita que protegien la ciutat i que recorren tota la línia de la costa. Es feien servir per avisar la població de l’arribada de naus enemigues, però també per intentar impedir el desembarcament dels corsaris. Aquestes fortificacions acostumaven a tenir forma cilíndrica — Torre Climent Savall, Torre d’Antoni, Torre de Can Moliner, Torre de Can Valls de la Muntanyeta, Torre Rafael i Torre Gabriel Folcher— però la Torre Barona i la Torre Moruna destaquen per la seva planta quadrada. La majoria van ser construïdes durant la segona meitat del segle XVI i encara se’n conserven dotze. Moltes són de propietat privada i no es pot visitar el seu interior.

Castelldefels es caracteritza pel gran nombre de cases nobles del segle XVI que encara es conserven en bon estat. Algunes, com Can Roca de Baix i Can Gomar (actual Casal de Cultura), tenen la seva pròpia torre.

També val la pena visitar algunes masies antigues, com la de Can Vinyes, que consta de vivenda, una torre i la capella romànica de Sant Salvador de la que es té constància almenys des de l’any 1508.

Una altra atracció turística de la zona és el Parc Natural del Garraf, situat al sud de Castelldefels i que s’estén per les comarques del Baix Llobregat, l’Alt Penedès i el Garraf. Està format majoritàriament per roques calcàries però també per una petita part de gres vermellós. La seva vegetació consta de matolls densos de fins a 3 metres d’alçada amb predomini del llentiscle i el coscoll. Tot i presentar un paisatge mediterrani també es poden trobar espècies vegetals africanes. A l’interior del parc, però, predominen les alzines i els pins.

Al tractar-se d’un indret amb condicions ambientals difícils, no existeix un gran nombre d’espècies animals però aquest fet a permès que hi visquin alguns dels exemplars que estan en perill d’extinció, com algunes aus rapaces.

Al centre del parc està ubicat el Palau Novella, que acull el primer monestir budista de Catalunya i on es pot visitar una exposició d’art i cultura tibetanes, assistir a conferències o realitzar tallers de relaxació.