อุทยานประวัติศาสตร์กำแพงเพชร มีพื้นที่ทั้งสิ้น ๓.๔ ตารางกิโลเมตร มีโบราณสถานกว่า ๖๐ แห่ง โดยแบ่งออกเป็น ๒ พื้นที่ มีโบราณสถานที่สำคัญ ดังนี้
โบราณสถานภายในกำแพงเมือง
วัดพระแก้ว
ตั้งอยู่บริเวณกลางเมืองกำแพงเพชร มีแผนผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตอนหน้าสุดเป็นอุโบสถตั้งอยู่บนฐานไพทีขนาดสูงใหญ่ ถัดจากฐานไพทีใหญ่ ไปทางทิศตะวันตกเป็นเจดีย์ประธานทรงระฆังขนาดใหญ่ ฐานล่างประดับสิงห์ปูนปั้นอยู่ภายในซุ้มรายรอบจำนวน ๓๒ ซุ้ม ถัดขึ้นมาทำเป็นซุ้มประดิษฐานพระพุทธรูปปูนปั้นจำนวน ๑๖ ซุ้ม
วิหารประดิษฐานพระพุทธรูปปูนปั้นขนาดใหญ่ ปางมารวิชัย ๒ องค์ และปางไสยาสน์ ๑ องค์ ลักษณะพระพักตร์ของพระพุทธรูปทั้ง ๓ องค์ ค่อนข้างเป็นเหลี่ยม พระขนงต่อกันคล้ายกับรูปปีกกา พระเนตรเรียวเล็กปลายแหลมขึ้น มีผู้เสนอว่าพระพุทธรูปดังกล่าวเป็นแบบศิลปะอู่ทองหรืออยุธยาตอนต้น
ตอนหลังสุดของวัดมีเจดีย์ทรงระฆังฐานสี่เหลี่ยม ประดับช้างปูนปั้นโดยรอบจำนวน ๓๒ เชือก และด้านหน้าของเจดีย์ทรงระฆังช้างล้อม มีร่องรอยพระพุทธรูปยืนขนาดใหญ่ประดิษฐานอยู่ภายในซุ้ม ปัจจุบันเหลือเฉพาะส่วนพระบาททั้ง ๒ ข้าง สันนิษฐานว่าคือ พระอัฏฐารศ ที่นิยมสร้างในสมัยสุโขทัย
วัดพระแก้วน่าจะเป็นสถานที่ประดิษฐานพระแก้วมรกต เมื่อครั้งอัญเชิญมาประดิษฐานที่เมืองกำแพงเพชร ตามที่ตำนานพระพุทธสิหิงค์และชินกาลมาลีปกรณ์ได้กล่าวถึง
วัดพระธาตุสิ่งก่อสร้างสำคัญคือ เจดีย์ประธานทรงระฆังก่ออิฐสภาพค่อนข้างสมบูรณ์ มีระเบียงคดรูปสี่เหลี่ยม-ผืนผ้าล้อมรอบเจดีย์ประธานระเบียง คดจะเชื่อมต่อกับฐานวิหาร ส่วนท้ายหรือหลังของวิหารล้ำเข้ามาอยู่ในระเบียงคด ด้านหน้าฐานวิหารมีเจดีย์รายทรงระฆังก่อด้วยอิฐ ๒ องค์