W repertuarze Cantores Domini znajduje się ponad 50 dawnych utworów sakralnych, przygotowanych na niedziele, święta i uroczystości całego roku liturgicznego oraz wykonywanych z okazji ważnych wydarzeń kościelnych.
Są wśród nich typowo liturgiczne śpiewy gregoriańskie, jak: Kyrie, Sanctus, Agnus Dei oraz antyfony wykonywane we właściwych porach roku liturgicznego.
Zespół wykonuje także utwory wielogłosowe dawnych mistrzów polskiego i europejskiego renesansu, m.in.: Mikołaja Gomółki, Wacława z Szamotuł, Cypriana Bazylika, Antoniego Lotti oraz utwory pochodzące z okresów wcześniejszych, których autorzy zgodnie z ówczesną tradycją pozostawali często anonimowi.
Te kompozycje nieznanych autorów, urzekające nas dziś swoim pięknem, gromadzone były w klasztorach lub katedrach w tzw kancjonałach, czyli zbiorach pieśni, stanowiących dla nas źródło wiedzy o nich. Do najbardziej znanych kancjonałów polskich, których pieśni znajdują się w repertuarze Cantores Domini, należą: Kancjonał staniątecki oraz Kancjonał Piotra Artomiusza.
