其年代跨度大致在公元前1600～前1200年。因这一遗址最主要的考古工作和考古发现都集中在名为“三星堆”的土丘周围，故名。三星堆城址是成都平原、四川盆地和长江中上游地区同时期规模最大的城邑，为研究四川青铜时代的历史与文化提供了丰富的实物资料，故被列为全国重点文物保护单位。

城址位于长江支流沱江上游河流之一的鸭子河右岸，北以宽广的鸭子河为城北天然隍濠，中跨横贯城址的小河马牧河，使得城址呈现被河流分割为南、北两区的跨河分布形态。大城南北长1800～1900米、东西宽800～2000米，城址平面形态呈北窄南宽、东短西长的梯形，面积约3.6平方千米。城址的东、西、南三面都有很厚的城墙和宽大的壕沟，城墙用土斜向堆筑，墙体一般由主城墙和内、外侧墙三部分组成，墙基宽40余米，顶部现存宽度约20余米。城墙长度东城墙约1090米，南城墙约1150米，西城墙约650米，北城墙原先可能兼有防洪的功能，已被鸭子河水冲毁，无踪迹可寻。大城东、西、南三面城墙上各有若干缺口，其中有的缺口可能是城门所在，但还难以确定。在这些缺口中，大城西城墙上的一个缺口最值得注意，这个缺口与西城墙外的城壕相连，缺口处泥沙和卵石堆积很厚，很可能是古马牧河入城的“水门”所在。

根据城内残存的内城墙遗迹，已知在大城的北部中央，有一道南北纵向的城墙和城壕将整个城址划分为东、西两部分。这样，东西贯穿全城的河流和南北贯穿全城的墙濠，把整个三星堆城址划分为四个区域，其中西北城区沿着马牧河北岸还筑有城墙，使之构成一个封闭的西北小城（“青关山小城”），城的中央偏北有高达3米的人工土台“青关山”，土台上有土木构筑的大型宫殿建筑，已发掘的一座建筑东西长达65米，南北宽约16米。从青关山的宫殿建筑遗迹，结合先前在西北小城东部出土的多种形式的瓦件，可以判断西北小城是三星堆城最重要的“宫城”，是中心行政区的所在。与西北小城相对的西南城区虽受马牧河水破坏较严重，但从名为“三星堆”的三个人工堆筑的土台，土台西南的8个埋藏坑，以及坑内埋藏的具有浓厚宗教祭祀色彩的器物来看，西南城区很可能是三星堆人举行祭祀活动的场所，是城内的宗教区。在大城的东北部，也确认存在一座规模较小的东北小城（“仓包包小城”），在三星堆偏晚时期才营建，有可能是以手工业作坊等为主要功能的区域。

三星堆的城邑有一条河流东西横贯，将城内空间划分为南、北两部分，城邑的功能分区呈现河北为世俗区而河南为宗教区的空间格局，最高统治阶级的宫城位居城的西北部。除此以外，还有贯穿全城南北的内城墙将大城划分为东、西两城，以分隔城内不同社会等级和职业的社群。城市因而形成南、北上下城区，东、西并列双城的城市结构。这些，都与后来的成都金沙村遗址和成都开明王城，秦统一后营建的新咸阳，以及隋唐东都洛阳城的城市规划有某种相似性，属于“法象上天”或“象天法地”的都城规划思想的产物。三星堆古城则是这种规划思想的最早实例。