Von 1925 bis 1932 beheimatete die Stadt eine der berühmtesten Architektur- und Kunstschulen der Welt: das Bauhaus. Walter Gropius und Ludwig Mies van der Rohe gelang es, Künstler wie Paul Klee, Wassily Kandinsky und Lyonel Feininger nach Dessau zu holen. Seit 1996 gehören Bauhaus und Meisterhäuser zum UNESCO-Welterbe. Das neuerbaute Bauhaus Museum wurde 2019 eröffnet und präsentiert die herausragende Sammlung der Stiftung Bauhaus Dessau.

Mit Hugo Junkers wirkte in Dessau einer der bedeutendsten deutschen Ingenieure und Unternehmer des 20. Jahrhunderts, wodurch sich Dessau zu einer der wichtigsten Industriestädte im mitteldeutschen Raum entwickelte. Durch die Gasgeräte und Flugzeuge von Junkers sowie durch die Ansiedlung des Bauhauses erlangte Dessau in den 1920er Jahren internationales Ansehen.
Mit dem Anhaltischen Theater findet sich in Dessau-Roßlau ein überregional bedeutendes 4-Sparten-Haus, das Sprech-, Musik-, Tanz- und Figurentheater vereint.

Fürst Leopold I., der als „Alter Dessauer“ in die Geschichte einging, beherrscht den Platz vor der Stadt- und Schlosskirche St. Marien. Einst war die Kirche, in der auch Luther predigte, mit Werken der Cranach-Werkstatt ausgeschmückt. Drei dieser Gemälde sind in der Johanniskirche ausgestellt.

Kurt Weill, der Komponist der „Dreigroschenoper“, der Dichter Wilhelm Müller und der Gelehrte Moses Mendelssohn zählen zu den berühmten Söhnen der Stadt.