Die Glasmalereien zählen zu den wertvollsten Elementen der ohnedies reichen Ausstattung der Kirche. Sie umspannen den Zeitraum von etwa 1360–1600 und spiegeln anschaulich die verschiedenen Phasen der Bau- und Ausstattungsgeschichte. Die herausragende spätgotische Farbverglasung des Chorpolygons entstand 1456–1481 unter maßgeblicher Beteiligung namhafter Meister. Neben den vor Ort in der Werkstatt Michel Wolgemuts geschaffenen Fenstern sowie Importen aus Bamberg und Regensburg hat insbesondere das Farbfenster des Nürnberger Ratsherrn Peter Volckamer aus der Straßburger Werkstattgemeinschaft des Peter Hemmel von Andlau große Berühmtheit erlangt. Absolute Höhepunkte dürerzeitlicher Glasmalerei sind durch die Stiftungen der Patrizierfamilien Löffelholz und Schmidmayer im Langhaus vertreten, geschaffen durch den Stadtglaser Veit Hirsvogel nach Entwürfen von Hans Baldung Grien und Albrecht Dürer selbst. Bislang sind im Verlag Schnell und Steiner fünf Bände der Reihe "Meisterwerke der Glasmalerei" erschienen: 1. Sankt Peter in Köln (2007) 2. Der Altenberger Dom (2008) 3. St. Sebald in Nürnberg (2007) 4. Die Elisabethkirche in Marburg (2009) 5. Die Katharinenkirche in Oppenheim (2012)