Da dronning Mathilde grundlagde en nonnestiftelse her i 961, ansporede hun dermed også byens udvikling. Nordhausen, som er næsten 1100 år gammel, har den eneste anden domkirke i Thüringen udover Erfurt. Omkring år 1000 modtog domklosteret en vigtig donation, hvilket gjorde Nordhausen til et pilgrimssted. Mathildes oldebarn, kejser Otto III, overrakte formodentlig et sjælden korsrelikvie: en splint fra Jesu kors. Titlen „Kirche zum Heiligen Kreuz“ er blevet dokumenteret siden 1267. I løbet af trediveårskrigen blev katedralen plyndret og så beskadiget, at kanonerne måtte sælge det dyrebare korsrelikvie.
Først i 1927 modtog domsognet fra den senere pave Pius XII for 1000-året for byen, atter et værdifuldt korsrelikvie, der er udstillet i et rigt dekoreret gyldent korsrelikvie i domkirken, som er kopieret efter originalen. Takket være omfattende renoveringer stråler domkirken med sin ekstremt interessante arkitektoniske historie i ny pragt. Krypten, bygget omkring 1130, er det eneste komplette ensemble fra den romanske periode i Nordhausen. I domkirken kan man se elementer fra flere epoker i det tidligt gotiske korrum med de filigran udskårne korstole, i det højgotiske skib med en imponerende højde på 18 meter, på det barokke højalter fra 1726 eller i alterbilledet “Madonna mit der Akelei”, malet omkring 1420, hvilket er det mest værdifulde billede i domkirken. Heiligen Kreuz domkirke i den gamle bydel i Nordhausen er åbent dagligt og tilbyder regelmæssige guidede ture.