เป็นแหล่งรวบรวมและจัดแสดงศิลปวัตถุที่ได้จากการขุดค้นทางโบราณคดีภายในเมืองสุโขทัย ตัวอาคารสร้างเป็นอาคารทรงไทย 2 ชั้น แบ่งส่วนการจัดแสดงโบราณวัตถุไว้เป็น 3 ส่วนดังนี้ อาคารลายสือไท 700 ปี เป็นอาคารใหญ่ชั้นเดียวแต่มีสองหลังติดกัน ตั้งอยู่ด้านหน้าห้องแรกเป็นห้อง ฉายสไลด์มัลติวิชั่น เรื่องราวเกี่ยวกับสุโขทัยและเมืองเก่าๆ ที่สำคัญ อาคารพิพิธภัณฑ์ แบ่งไว้เป็น 2 ชั้น ใช้จัดแสดงศิลปวัตถุยุคต่างๆ ที่ได้จากการขุดค้นและบูรณบริเวณเมืองสุโขทัย ศรีสัชนาลัย และบริเวณใกล้เคียง พิพิธภัณฑ์กลางแจ้ง อยู่ด้านนอกโดยรอบอาคารใหญ่ใช้แสดงศิลปวัตถุโบราณจำลองชิ้นใหญ่ๆ เพื่อเป็นแหล่งโบราณคดี อาทิ พระพุทธรูปศิลา เตาทุเรียงจำลอง ช้างล้อมฐานเจดีย์จำลอง แผ่นจำหลัก เรือนไทยแบบต่างๆ ฯลฯ