Angrenzend an das südliche Schiff des Doms St. Petrus befindet sich der mittelalterliche Kreuzgang. Vermutlich stellt er den ältesten Teil des heutigen Domensembles dar. Er weist dreiteilige offene Pfeilerarkaden auf. Im Ostflügel existieren Würfelkapitelle, die mit jenen im ehemaligen Westchor von 1140 korrespondieren. Gewölbt ist der Ostteil des Kreuzgangs durch eine gurtlose Tonne mit Stichkappen. Süd- und Westflügel sind kreuzgratgewölbt auf Gurt- und Schildbogen (zweites Viertel des 13. Jahrhunderts).
Bis ins Jahr 1100 gehörte dem Kreuzgang ein wohl 786 erbautes Kloster an. Dieser Missionskonvent, bzw. das Domstift war das erste Kloster des Bistums Osnabrück. Der Kreuzgang diente den Geistlichen einerseits zur inneren Einkehr, war aber auch praktischer Natur. Er ermöglichte den Mönchen trockenen Fußes zu den Gottesdiensten und Versammlungen zu gelangen.
Einen Ort der Andacht bildet der Kreuzgang auch noch heute durch den dort vorhandenen Kreuzweg. Seit ca. 1600 werden Kreuzwege mit 14 bebilderten Stationen errichtet. Die bebilderten Wandreliefs stellen den Leidensweg Christi dar.
An den Wänden des Kreuzgangs finden sich Kratzspuren, über deren Ursprung es verschiedene Theorien gibt: Eine besagt, dass Bürger, die mit Waffen die Kirche bzw. den Kreuzgang betraten, diese symbolisch stumpf machten um zu zeigen, dass sie in Frieden kommen. Eine andere wiederum geht davon aus, dass die Handwerker ihre Maurerkellen durch den Stein zogen, um ihr Werkzeug und Handwerk zu segnen.
Inmitten des Kreuzganges liegt der Friedhof für Mitarbeiter des Doms, die während ihres Amtes sterben. In der Vergangenheit war dieser Ort den Domherren vorbehalten.
Im Zweiten Weltkrieg diente der Kreuzgang als Luftschutzbunker. Dafür wurden die offenen Galerien zum Domherrenfriedhof zugemauert. Die dicken Mauern und das Gewölbe waren sehr stabil ausgelegt. Der in zwei Gängen L-förmig angelegte Schutzraum war für etwa 280 Personen vorgesehen.