該遺址群的文化遺存可分為四期，其中第壹期為早期堆積，屬於新石器時代晚期文化，第二至四期屬於青銅文化。
三星堆有30多處古文化遺址，其中以西城墻遺址、月亮灣城墻遺址、祭祀坑遺址、古城墻遺址、仁勝墓地遺址最為重要。
西城墻位於三星堆遺址西北的鴨子河和馬木河之間的高原上，呈東北和西南走向。
在城墻的中部和北部，有壹個寬約20米的缺口，將西城墻分為北、中、南三段。中段南端在缺口處向東彎曲，延伸約40米，與中段北段略垂直。
結合北端鴨子河和南端馬木河沖刷出的城墻剖面，以及夯土中的包裹體分析，西城墻的結構、體積、夯擊方法和年代與南城墻和東城墻相似。
月亮灣外墻位於三星堆遺址中北部月亮灣臺地的東緣，按走向可分為兩段。北段為東北和西南走向，南段略向東褶皺，基本呈正南北走向。整面墻基本與西城墻北段平行。
月亮灣內壁長650米，頂寬約20米，高2.4至5米。北端寬30米至45米，中間有彎，夾角148度，北端32度，南端呈南北向。
城墻的南段更高。城墻東側有壹條壕溝。根據北段北部的情況，月亮灣墻的斷面為梯形。
墻體在無基槽的平地上夯實，然後由東向西分塊斜向堆放。墻體材料以泥砂為主，局部用卵石砌築和支護。墻體結構清晰，夯層明顯，夯擊方法特殊。
三星堆著名的壹號、二號祭祀坑位於三星堆城墻東南，是三星堆遺址最重要的發現之壹。兩個坑穴的走向是壹樣的，都是東北和西南。坑口呈長方形，口大底小，坑壁整齊，用填土夯實。
坑內物件層層擺放，墓葬現象前所未有。大多數器物在埋藏時或埋藏前明顯被故意燒毀、破壞，或被燒焦、發黑、龜裂、變形、起泡甚至熔化，或被損壞、折斷甚至斷成幾塊或幾段，散落在坑內不同位置。有些青銅器、頭像和面具的嘴上塗著紅墨水，有些則塗著黑眼睛。
在壹號坑中發現了567件各種各樣的文物。其中青銅器178件，金器4件，玉器129件，石器70件，象牙13件，海貝124件，雲雷紋骨雕10件，完整陶器39件，燒骨碎片約3立方米。
在2號坑中發現了各種遺物、碎片和6095個可辨認的個體。其中青銅制品736件，黃金制品61件，玉器486件，石器15件，綠松石3件，象牙67件，象牙珠120件，象牙器皿4件，虎牙3顆，海貝4600件。
兩個坑中的器物類型，除了中原地區夏商代常見的壹些青銅容器、玉器、陶器外，多為其他地方未曾發現的新器物，如青銅造像、青銅神樹、青銅太陽形器、青銅眼形器、金棒、金面具等。
兩坑中的器物不僅數量龐大，種類繁多，而且文化面貌復雜、新穎、神秘，造型奇特，規格極高，制作精美，充分反映了商代蜀國高度發達的青銅鑄造技術、黃金冶煉加工技術、玉石加工技術以及獨特的審美意識和宗教信仰。
三星堆城墻位於三星堆遺址南部，呈西北和東南走向。西北端的地面部分，現有部分長約40米；東南端靠近馬木河岸，隱約可見原有城墻的分布。
根據城墻地基，三星堆城墻長260米，地基寬42米。城墻南側有壹條壕溝，寬30到35米。海溝距離地表2.84米，深2.4米。
城墻上有兩個缺口。據考證，差距不會早於明朝。所以三星堆是內墻。
三星堆城墻的結構、建造方法、體量、內容與東、西、南城墻基本相同，但頂寬不及其他城墻。
仁勝村墓地位於三星堆遺址西北西城墻外的仁勝村。這是三星堆遺址首次發現壹塊公共墓地，也是首次在古城外發現重要文物。僅在約900平方米的面積內，就發掘出29座長方形小豎坑和狹長豎坑墓。
墓葬分布密集，排列有序，方向基本壹致，墓葬的加工更為精美。大多數墓葬都有壹個人的骨架，埋葬方式是直肢。17墓葬中出土了玉器、石器、陶器、象牙等隨葬品。
其中，玉器多為三星堆遺址首次發現的新形制，如玉錐、玉牙形器、玉泡形器、黑曜石珠等。但玉牙形器皿極為罕見，玉錐明顯具有長江下遊良渚文化風格，引人註目。還有壹件玉牙形器皿，表面鉆有九個圓孔，可能與古代占蔔有關。
這29座墓葬的埋葬年代基本壹致，相當於中原的夏朝。仁勝村墓地的發現，對於進壹步了解三星堆古城的布局，了解三星堆文化的喪葬習俗和占蔔禮儀，以及與其他地區考古文化的聯系，具有重要的價值。
清官山遺址位於鴨河南岸的平臺上，發現有規模較大的紅燒土屋。其平面呈長方形，走向西北和東南，可觀測面積約為100平方米。
西北和東南用紅燒土夯實，混有大量卵石。土房的基槽有三四米寬。推測施工方法是先挖基槽，再夯建築基礎。
從房屋地基的邊緣開始，在房屋地基的兩側發現了壹排排紅燒的陶土屋檐和柱子。紅燒土塊壹般是長方形的。兩排檐柱之間可能有壹條走廊。
建築遺址的實際面積、建造方式、殘高、深度都不清楚，但三星堆遺址從未遇到過如此規模的建築遺址，其功能已經遠遠超出普通房間的需要。它們很可能是宮殿建築，建築年代是商代。
三星堆出土的青銅面具
三星堆博物館藏玉器