๑. อาคารพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ รามคำแหง จัดแสดงโบราณวัตถุที่ได้จากการสำรวจทางโบราณคดี การขุดแต่งโบราณสถานในจังหวัดสุโขทัยและโบราณสถานในจังหวัดใกล้เคียงเขตภาคเหนือตอนล่าง ได้แก่ พิษณุโลก กำแพงเพชร พิจิตร อุตรดิตถ์ นครสวรรค์ เพชรบูรณ์และตาก รวมทั้งโบราณวัตถุ ศิลปวัตถุที่เคยเก็บรักษาไว้ที่พิพิธภัณฑ์วัดราชธานี ตำบลธานี อำเภอเมือง จังหวัดสุโขทัย นอกจากนั้นแล้วยังจัดแสดงโบราณวัตถุจากโบราณสถานอื่นๆที่แสดงให้เห็นถึงพัฒนาการและความเชื่อมโยงทางวัฒนธรรมในอดีตบนผืนแผ่นดินไทย
     ๒. อาคารอนุสรณ์ลายสือไท จัดแสดงเรื่องราวเกี่ยวกับเมืองสุโขทัยในด้านต่างๆ ตั้งแต่ก่อนการสถาปนาอาณาจักรสุโขทัยเรื่อยมาจนถึงการพัฒนาเมืองสุโขทัยให้เป็นอุทยานประวัติศาสตร์ กระทั่งได้รับการยกย่องจากองค์การยูเนสโก (UNESCO) ให้เป็นมรดกโลกทางวัฒนธรรม ร่วมกับเมืองโบราณศรีสัชนาลัยและกำแพงเพชร
     ๓. อาคารปูนปั้นประติมาคาร จัดแสดงประติมากรรมปูนปั้น ที่ใช้สำหรับประดับตกแต่งปราสาท เจดีย์ วิหารและอาคารต่างๆที่พบจากโบราณสถานในเขตจังหวัดสุโขทัยและจังหวัดใกล้เคียง ซึ่งได้มีการจัดแสดงไว้เป็นหมวดหมู่ สามารถศึกษารูปแบบศิลปะ ศาสนาและวิถีชีวิตของชาวสุโขทัยที่สะท้อนจากงานศิลปกรรมประเภทนี้ได้เป็นอย่างดี
     ๔. ส่วนจัดแสดงกลางแจ้ง จัดแสดงโบราณวัตถุ ศิลปวัตถุขนาดใหญ่ โบราณสถานที่เหลือเพียงส่วนฐานที่ได้รับการขุดแต่งและบูรณะ เมื่อ ปีพุทธศักราช ๒๕๔๔ ซึ่งได้พบพระธาตุและสิ่งของต่างๆเป็นจำนวนมาก ที่บรรจุในเครื่องสังคโลกและเครื่องถ้วยจีน อีกทั้งยังได้จำลองเตาเผาเครื่องสังคโลกแสดงให้เห็นรูปแบบและกรรมวิธีการผลิตเครื่องสังคโลกสุโขทัย เป็นต้น
     ๕. อาคารไม้โถง จัดแสดงโบราณวัตถุ ศิลปวัตถุ วัตถุทางชาติพันธุ์ เช่น วิหารจำลอง เกวียน เรือสำปั้น อุปกรณ์เกี่ยวกับการทำนา เช่น เครื่องสีข้าว คันไถ เป็นต้น