三星堆遗址位于四川广汉县南兴镇北。这里有一条称为马牧河的古河道，北岸的阶地形似月牙，叫做“月亮湾”，南岸原有三个大土堆，故称“三星堆”。
遗址总面积12平方公里，其中心区域是一座由东、西、南三面城墙包围着的古城，城区面积近四平方公里，与中原王朝早期王都河南郑州商城相当。如此宏大规模的城市，在3000年前的中国实属罕见。从考古学家目前发掘的情况来看，此地已出土大量青铜器、玉石器、象牙、贝、陶器和金器等器物。其中，最引人注目的有一件大型青铜立人像、数十件青铜人头像、青铜神树和黄金权杖。
三星堆出土的青铜人像雕塑，是中国古代遗迹中罕见的珍品，在东方乃至世界的艺术史上占有辉煌的一页。青铜人像高鼻深目，形象夸张，极富地方特色。立人像连座高2.62米，是迄今发现的最大的青铜铸像之一，大眼直鼻，方颐大耳，戴冠，穿左衽长袍，佩脚镯。
青铜神树高3.84米，是古代至宝。树上有九枝，枝上有立鸟栖息，枝下有硕果勾垂，树干旁还有一条龙从树顶下探，生动而又神秘。
黄金权杖是用金条捶打成金皮后，再包卷在一根木棒上制成的，金皮上刻有三组以鱼、鸟、人为内容的纹饰，清晰而神秘。
三星堆遗址出土的文物难倒了众多考古学家们。每个文物都带着难以破译的千古之谜。这些谜团至今让学者们争论不休，无法定论。
第一，三星堆文化内涵的确定。三星堆遗址是距今3000～5000年的古蜀文化遗址。在遗址内存在面貌不同但又连续发展的三期考古学文化。在三星堆一期文化中出土有玉琮等玉器，有学者认为它和长江中下游地区良渚文化等有交流。在二期文化时，三星堆已发展成为高度发达的青铜文化中心，即早期蜀国，它代表了长江流域商代文明的最高成就。有学者认为这比黄河文明还早，这也再次证明了中华文明多元一体的起源。
第二，三星堆青铜文化如何产生？三星堆是蜀地独自产生发展的产物，还是受其他文化影响？本土论者认为其青铜器形象独特，不归属于中原青铜器的任何一类，而且反映了古蜀人“眼崇拜”的习俗。外来说认为出土的青铜人高鼻深目、颧面突出、阔嘴大耳，不像中国人倒像是“老外”，便认为三星堆人可能来自其他大陆，三星堆文明可能是“杂交文明”。
第三，遗址居民属何族？目前有氐羌说、濮人说、巴人说、东夷说、越人说等不同看法。其中，古羌人的传说最为大家接受。古羌人的祖先来自西北高原，他们到达成都平原后，与当地原始部落民族开始争夺土地。后来，一个叫蚕丛的羌人首领称王，由于蚕丛有纵目，后来的羌人就铸了大量青铜纵目面具纪念他，即三星堆出土的青铜人面像。《华阳国志·蜀志》中有记载：“有蜀侯蚕丛，其目纵，始称王。死，作石棺石椁，国人从之，故俗以石棺椁为纵目人冢也。”
第四，古蜀国何以突然消亡？古蜀国繁荣了1500多年，然后又像它的出现一样突然消失了。关于古蜀国的灭亡，人们假想了种种原因，但都因证据不足而始终停留在假设上。三星堆遗址北临鸭子河，马牧河从城中穿过，有学者认为其消亡是洪水肆虐的结果。遗址中发现的器具大多被事先破坏或烧焦，这似乎印证了战争说。还有一种迁徙说。可是，人们为什么要迁徙呢？成都平原物产丰富，土壤肥沃，气候温和，用迁徙说解释似乎难以自圆其说。
第五，“巴蜀图语”代表什么？三星堆祭祀坑中发现了一件价值连城的瑰宝——黄金权杖。权杖上面刻有三组以鱼、鸟、人为内容的纹饰，这一纹饰又引起学术界的争论。有人认为，金杖上的符号可能是古蜀人的文字，《华阳国志》就说蜀人“多斑彩文章”。但《蜀王本纪》中则认为，古蜀人“不晓文字，未有礼乐”。也有人认为这些纹饰是族徽、图画，或者是某种宗教符号。根据其强烈的宗教信仰来看，最有可能是宗教符号和族徽。学者们对此的争论见仁见智，有的已在试图破译。如果能解读这些图案，必将促进三星堆之谜的破解。