三星堆遗址是距今5000年至3000年的古蜀文化遗址，遗址内存在着三种面貌不同而又连续发展的三期考古学文化，第一期为新石器时代晚期，相当于距今5000年；第二期为距今3700年上下，约相当于****之际；第三期距今为3200年，相当于商代中晚期到西周早期。三期文化是一脉相承的。
在三星堆出土的先民遗物中，有大量玉质的璧、圭、璋、琮，这些都是祭祀用的礼器，还有作为牺牲用的动物骨渣和象牙。
在三星堆出土的先民遗物中，有应为辟巫模拟像的青铜人像。其中青铜大立人像通高2.62米，头戴回纹筒冠，身着右衽龙袍，两手虚握，夸张为环状，站立于神坛之上。铜像面部表情肃穆，端庄威严，极具王者风范，而龙袍上两条飞龙，虽经数千年仍栩栩如生。三星堆还出土了不少青铜面具，最大的纵目面具宽1.38米，高0.65米，眼睛呈柱状突出16.5厘米，耳朵张开为扇状，似为“千里眼、顺风耳”。另外还出土了神灵怪异的青铜神树，树高384厘米，分为三层，每层有三条枝，每枝站一鸟，鸟下踩火轮，与传说中的扶桑树完全相合。鸟为金鸟，火轮即太阳。其造型之奇特，结构之复杂，装饰之华丽，内涵之丰富，在先秦植物造型中首屈一指。
在三星堆出土的先民遗物中，有一些金器。金器的含金量达85％以上，其余含量为银，杂质含量仅为0.3％，显示了十分高超的冶金水平。其中最具代表性的一条纯金权杖，长142厘米，上刻有三组以鱼、鸟、人为内容的细致纹饰，这可能是古蜀国国王的权杖。
这些都昭示了：在中原文明和荆楚文明发祥的同时，早在大约5000年前，在西蜀地区，已经有了高度的文明，到商帝国时代，西蜀也不是什么“蛮夷、落后之地”，它的高度发达的青铜文明完全可以与商代青铜文明相比美，二者只在伯仲之间。
然而，这一切又留给人们诸多的谜。
谜之一：三星堆遗址居民的族属为何？目前有氐羌说、濮人说、巴人说、东夷说、越人说等几种不同看法，多数学者认为岷江上游的石棺葬文化与三星堆文化关系密切，其主体居民可能来自川西北及岷江上游的氐羌系。
谜之二：“巴蜀图语”代表什么？三星堆出土的金杖等器物上的符号被人称为“巴蜀图语”，它代表着什么呢？专家们莫衷一是，有的认为是原始文字，有的认为是族徽，有的干脆认为是图画，还有人认为是某种宗教符号。三星堆人宗教观念十分鲜明而强烈，现今出土的玉器、石器、陶器，以至于铜器，都与宗教活动有一定联系。据此，不少专家以为是宗教符号或族徽。
谜之三：三星堆文化来自何方？也就是说这种文化的源头在哪里呢？
一种看法是：三星堆文化受其他地域文化的一定影响，但从主体而言，它是卓然独立的，自成体系的。三星堆一期文化是这里最古老的文化，从成都平原出土的玉器为证，它受到了长江中下游地区某些文化的影响。在商代，三星堆已发展成为高度发达的青铜文明中心，它代表了长江流域文明的最高成就。作为长江上游地区古代文明的杰出代表，它比黄河文明还早，这一发现，再一次证明中华文明起源是多元的，而不是一元的。
还有一种看法认为，三星堆文化与黄河文明有着或直接或间接的联系，是黄河文明的一种传承。早在上个世纪30年代，旅居日本的郭沫若先生在看了出土玉、石、陶各类器物的照片后称：“这些器物证明了：古代西蜀曾与华中、华北有过文化接触。”一些专家认为，中原文化与西蜀文化虽然远隔万水千山，但我们不能低估商人的能力和商域的规模，通过商业交往，中原文化完全可以渗入西蜀地区。著名历史学家李学勤从三星堆两座器物坑若干青铜器的考察出发，主张：“以中原为中心的商文化先向南推进，经淮至江，越过洞庭湖，又溯江入蜀地。这很可能是商文化传往成都平原的一条主要途径。”依此说，商的势力和商的文化的影响已达成都平原。
一种比较公允的看法认为，三星堆文化与岷江上游新石器文化有关，与川东鄂西史前文化有关，还与山东龙山文化有关。结论是：这一文化是土著文化与外来文化融合的产物。
谜之四：三星堆古蜀国政权与中原王朝的关系怎样？关键在于：三星堆古蜀国是一个附属于中原王朝的部落军事联盟，还是一个相对独立的已建立起统一王朝的早期国家。绝大部分专家认为，说古蜀国附属于中原王朝，现在还缺乏文字资料和考古学资料的佐证，从大量出土文物的个性特征看，它极有可能是一个相对独立并已建立起王朝的早期国家。其宗教意识十分浓烈，宗教形态是自然崇拜、祖先崇拜、神灵崇拜三者的兼而有之。
谜之五：古蜀文明和古蜀国为何突然消灭？
从发掘情况看，古蜀文明至少存在和发展了二三千年，而且文明程度在同期的中国和世界上都应属于前列的。但是，后来又为什么销声匿迹了呢？不少学者提出了荒灾说、战争说、瘟疫说或自动迁徙说等说法，但都略嫌证据不多和不足。
根据土色土质分析，这里的地层可划分为16层：1～6层分别为现代耕土层到东周层，8～16层分别是从商末周初到新石器时代晚期。其间第7层是一个厚20～50厘米的富含水分的淤泥层。这一淤泥层中出土有贝壳、水生物化石等，这就完全有理由作出这样的假想：一场洪水一夜之间使古蜀文明突然消亡。