Ранняя греческая традиция приписывала их сооружение царице Семирамиде, а эллинистический историк Берос – Навуходоносору II, якобы построившему их для одной из своих жён как напоминание о её родных местах в горной Мидии. Однако и план здания, и найденные в нём таблички с перечислением выдаваемых продуктов свидетельствуют о том, что оно служило хранилищем. Висячие сады могли помещаться на террасах цитадели или зиккурата. Второй дворец стоял за городской стеной на особом выступе, обведённый общим со стеной каналом. Он возник в конце правления Навуходоносора II и знаменит своим «музеем», где обнаружены собранные царём древности, в том числе клинописные таблички. Там же найдена стела персидского царя Дария I, показывающая, что «музей» сохранялся при Ахеменидах. Третий, так называемый летний, дворец открыт под холмом Бабил, на крайней северной оконечности города, там, где стена подходила к Евфрату. От дворца осталось только основание высотой 18 м. Хорошо изучена религиозная архитектура, наиболее яркое проявление вавилонской культуры в целом. Храмы не были стандартными, но имели близкую планировку: квадратный или прямоугольный внутренний двор, обычно с пилястрами или контрфорсами, окружали комнаты, как полагают исследователи, в два уровня. На короткой стороне помещалась анфилада из двух – трёх помещений, с проходом по центральной оси. Статуя божества стояла в последнем из них, на подиуме. К основному блоку иногда добавляли комнаты для жрецов. Впервые упоминаемое в старовавилонских текстах главное святилище Вавилона – Эcагила находится примерно в километре южнее южного дворца, под самым большим холмом (раскопан не полностью). Это было квадратное здание, каждая сторона которого имела длину 420 м. В его комплекс входило несколько святилищ, главное из которых, храм Мардука, стояло на западе, проходом в храм служили ворота в фасаде с башнями. Согласно надписи, Навуходоносор II «покрыл сверкающим златом» и «заставил сиять подобно Солнцу» её целлу. Раскопаны и реставрированы также храмы богинь Иштар, Нинмах, хорошо сохранившийся храм Набу и др. Единое целое с Эсагилой составлял расположенный к северу от неё семиступенчатый зиккурат Этеменанки (храм краеугольного камня неба и земли) высотой 91 м. Он считался в древности одним из семи чудес света. На вершине башни, куда вела наружная лестница, располагалось святилище Мардука, облицованное глазурованными кирпичами, стены и потолки его были покрыты золотом и украшены драгоценными камнями. От него осталось только квадратное основание из нескольких рядов кирпича (остальное уничтожено царём Ксерксом I в V в. до н.э. или вторично использовано для построек). Время правления Ахеменидов, Селевкидов и парфянский период представлены случайными находками.