W 889 król Arnulf z Karyntii nadał miejscowości szereg przywilejów handlowych, celnych oraz prawo bicia własnej monety. Osnabrück jako „miasto” jest wzmiankowane dopiero w ewidencji z 1147. Wkrótce potem, w 1157, cesarz Fryderyk I Barbarossa przyznał uprawnienie do budowy fortyfikacji (Befestigungsrecht). Do dzisiaj zachowały się fragmenty większości wież, które były częścią średniowiecznych umocnień. Od XII wieku Osnabrück stało się członkiem Hanzy, ponadto należało do Federacji Miast Westfalii.
W XVI wieku miasto było miejscem licznych procesów o czary. Największe nasilenie przypada pomiędzy latami 1561 i 1639. W roku 1582 za urzędu burmistrza Hammachera (1565–1588) zginęły 163 kobiety posądzone o czary, większość z nich spalono na stosie. Za urzędu burmistrza dr. Pelstera w latach 1636–1639 zginęło ponad 40 kobiet. W sumie w wyniku procesów o czary zginęło 276 kobiet i 2 mężczyzn.
W 1632 jezuici na bazie dawnego założyli uniwersytet. Rok później został zamknięty przez Szwedów. W latach 1643–1648 w ratuszu były prowadzone negocjacje pokojowe pomiędzy katolickimi Habsburgami i protestanckimi Szwedami, kończące wojnę trzydziestoletnią. W pobliskim Münster Habsburgowie sygnowali zakończenie wojny z Francją.