La direction du patrimoine et des travaux neufs assure la conservation, l'entretien et la restauration des différents bâtiments communaux, des monuments historiques situés sur le territoire communal et des biens appartenant au domaine privé de la ville. Elle travaille en lien étroit avec le bureau d'études municipal qui élabore études et plans nécessaires aux projets de travaux, et avec les entreprises attributaires des marchés de travaux. Elle assure la maîtrise d'ouvrage et la maîtrise d'œuvre des petits travaux de réfection et d'aménagement. Le service produit donc principalement des dossiers de suivi technique de travaux.

Le service des monuments historiques pilote plus particulièrement la conservation, l'entretien et la restauration des différents monuments historiques nancéiens. Il s'agit de bâtiments présentant un intérêt historique, artistique ou architectural, classés ou inscrits, en totalité ou en partie. En 2014, le territoire communal nancéien recense 260 monuments protégés.

Le service des monuments historiques travaille en étroite relation avec l'architecte des bâtiments de France (ABF) rattaché au service territorial de l'architecture et du patrimoine de la DRAC. Ce dernier fait respecter la réglementation relative aux espaces protégés : à ce titre, il donne un avis conforme sur tous les projets de constructions, de réhabilitations, d'aménagements extérieurs, de démolitions, voire de travaux intérieurs. De plus, celui-ci dirige et coordonne les travaux d'entretien des édifices classés lorsque l'Etat octroie une subvention, ou lorsque la maîtrise d'ouvrage est assurée par le ministère de la Culture.

Lorsqu'il s'agit de travaux de restauration, la ville de Nancy maître d'ouvrage, collabore avec l'architecte en chef des monuments historiques (ACMH). Le ministère de la Culture, le conseil régional de Lorraine et le conseil général de Meurthe-et-Moselle sont souvent sollicités pour participer au financement de ces projets forts coûteux. L'ACMH, ou bien l'architecte du patrimoine, désigné pour assurer la maitrise d'œuvre, réalise des études préalables puis élabore le projet détaillé d'exécution, document qui constitue le dossier de consultation des entreprises. Les entreprises sont désignées par une procédure d'appel d'offres et l'architecte assure la direction du chantier. A l'achèvement des travaux, il élabore le dossier documentaire des ouvrages exécutés (DDOE) qui détaille les opérations réalisées.

Le service des monuments historiques participe également, avec d'autres services de la ville de Nancy, à la protection et à la valorisation des monuments historiques.