พ่อขุนศรีอินทราทิตย์ ปฐมกษัตริยราชวงศ์พระร่วงได้สถาปนาอาณาจักรสุโขทัย อันมีกรุงสุโขทัยเป็นราชธานีขึ้น เมื่อปี พ.ศ. ๑๘๐๐ และได้สืบสันตติวงศ์ต่อมาอีก ๕ พระองค์ คือ พ่อขุนบาลเมือง พ่อขุนรามคำแหงมหาราช พญาเลอไทย พญาลิไทย พญาไสลือไทย จนถึงปี พ.ศ. ๑๙๒๑ จากนั้นกรุงสุโขทัยก็ตกเป็นเมืองขึ้นของอาณาจักรศรีอยุธยา กษัตริย์ราชวงศ์พระร่วงอีก ๒ พระองค์ จึงอยู่ในฐานะเป็นเจ้าเมืองขึ้น
ภายในเมืองสุโขทัยประกอบด้วยส่วนที่เป็นพระราชวัง และศาสนสถานที่สำคัญ ๆ มีคูเมืองและกำแพงเมืองล้อมรอบเป็นรูปสี่เหลี่ยมจตุรัส นอกกำแพงเมืองออกไปโดยรอบทั้งสี่ด้าน มีโบราณสถานต่าง ๆ ตั้งอยู่อีกเป็นจำนวนมาก รวมพื้นที่ที่ครอบคลุมโบราณสถานของเมืองสุโขทัยทั้งหมด มีประมาณ ๔๐,๐๐๐ ไร่
บรรดาศิลปกรรมและสถาบัตยกรรมอันงามสง่าของเมืองสุโขทัย แสดงถึงความเจริญรุ่งเรืองทั้งด้านวัตถุและด้านจิตใจ อย่างไม่มีอาณาจักรใดในสุวรรณภูมิในยุคนั้นมาเทียบเทียมได้ นับเป็นมรดกอันล้ำค่าของไทยที่มีค่าควรแก่ความภาคภูมิใจของชาวไทยและแก่มนุษยชาติ องค์การศึกษาวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) ตระหนักถึงคุณค่าดังกล่าว จึงได้ประกาศให้อุทยานประวัติศาสตร์สุโขทัยเป็น "มรดกโลก" เมื่อปี พ.ศ. ๒๕๓๕
พ่อขุนรามคำแหงมหาราชได้ทรงอาราธนา พระภิกษุสงฆ์จากนครศรีธรรมราชเข้ามาจำพรรษา ณ กรุงสุโขทัย เพื่อเผยแพร่พุทธศาสนาฝ่ายเถรวาทแบบลังกาวงศ์ ในอาณาจักรสุโขทัย
ในสมัยสุโขทัยนิยมสร้างพระมหาธาตุเจดีย์ เป็นประธานของพุทธสถาน ด้านหน้ามีวิหารโถง สร้างติดกันไว้เรียกว่าวิหารหลวง ลักษณะทางสถาบัตยกรรมของยุคนี้คือ รูปแบบของเจดีย์จะมียอดทรงพุ่มข้าวบิณฑ์ หรือทรงดอกบัวตูม
อุทยานประวัติศาสตร์ศรีสัชนาลัย
เมืองศรีสัชนาลัยเป็นเมืองเก่า รุ่นราวคราวเดียวกับกรุงสุโขทัย มีศักดิ์เป็นเมืองลูกหลวงของอาณาจักรสุโขทัย ตัวเมืองตั้งอยู่บนฝั่งขวาของแม่น้ำยมตรงแก่งหลวง เดิมชื่อเมืองชะเลียง ซึ่งอยู่ใต้เมืองศรีสัชนาลัยลงไปเล็กน้อย บริเวณที่ตั้งวัดมหาธาตุในปัจจุบัน ชื่อเมืองชะเลียงนี้ ปรากฎครั้งแรกในศิลาจารึกของพ่อขุนรามคำแห่งมหาราชเมื่อปี พ.ศ. ๑๘๓๕ สันนิษฐานว่าเมืองชะเลียงนี้มีอายุอยู่ประมาณพุทธศตวรรษที่ ๑๖ ต่อมาในพุทธศตวรรษที่ ๑๙ จึงได้มาสร้างเมืองศรีสัชนาลัย ณ บริเวณที่ตั้งปัจจุบัน ในศิลาจารึกมักจะเรียกรวมกันว่าเมืองศรีสัชนาลัยสุโขทัย
เมืองศรีสัชนาลัยเสื่อมลงประมาณปี พ.ศ. ๑๙๔๖ ครั้นล่วงมาถึงปี พ.ศ. ๒๐๑๗ ชื่อเมืองนี้ก็ได้หายไปจากพงศาวดาร และในสมัยกรุงศรีอยุธยาได้เรียกเมืองนี้ว่าสวรรคโลก
เมืองศรีสัชนาลัยเป็นเมือง ๓ ชั้น มีกำแพงล้อมรอบ ชั้นในสุดก่อด้วยศิลาแลง กำแพงชั้นกลางและชั้นนอกเป็นกำแพงดิน บรรดาโบราณสถานต่าง ๆ ตั้งอยู่กระจัดกระจายทั่วไปในกำแพงเมืองและนอกกำแพงเมือง
วัดพระศรีมหาธาตุ
วัดนี้ชาวบ้านเรียกว่าวัดพระปรางค์ เนื่องจากมีพระปรางค์องค์ใหญ่สร้างด้วยศิลาแลง มีฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยมจตุรัส บริเวณนี้เป็นที่ตั้งของตัวเมืองเก่าศรีสัชนาลัย
วัดช้างล้อม 
เป็นวัดใหญ่และสำคัญของเมืองศรีสัชนาลัย มีเจดีย์ทรงลังกาองค์ใหญ่เป็นหลักของวัด ที่ฐานเจดีย์มีช้างปูนปั้นประดับรายล้อมอยู่โดยรอบมีทั้งหมด ๓๙ เชือก สันนิษฐานว่าพ่อขุนรามคำแหงมหาราช ทรงสร้างวัดนี้
วัดเจดีย์เจ็ดแถว
อยู่ตรงข้ามกับวัดช้างล้อม นับเป็นวัดใหญ่อีกวัดหนึ่งของเมืองศรีสัชนาลัย มีกำแพงศิลาแลงล้อมอยู่โดยรอบ มีพระเจดีย์ทรงพุ่มข้าวบิณฑ์ตั้งอยู่บริเวณกลางวัด รอบเจดีย์องค์นี้มีเจดีย์ใหญ่น้อยประดับซุ้มพระแบบต่าง ๆ อีก ๓๓ องค์ เป็นภาพที่น่าชมอย่างยิ่ง
