三星堆遺址是迄今為止西南地區發現的範圍最大、延續時間最長、文化內涵最豐富的古蜀文化遺址。三星堆博物館就位於遺址東北角，收藏和展示了三星堆遺址出土的青銅器、玉石器、金器以及陶器、骨器等千餘件珍貴文物。
三星堆博物館佔地面積很大，現有兩個獨立的展館，第一展館為綜合館，主要陳列金、銅、玉、石、陶等類文物，第二展館為青銅專館，陳列著出土的各種青銅器具。園區內綠樹成蔭，環境優雅，園內還建有大型訪古祭祀台，可登台憑弔，遙想當年祭祀的場景。
綜合館以三星堆遺址全景掛屏為主體展品，以神壇底部一對造型奇特的神獸為原型製作主體雕塑，輔之以大型壁畫「長江文明之源」，以雄踞西南（歷史）、物華天府（農業）、化土成器（陶器）、以玉通神（玉器）、烈火熔金（冶煉術）、通天神樹（宗教、精神）六大部分，揭示了三星堆文明的深邃與厚重。其中金箔捶拓而成，做工精細的金面罩和虎型飾、高度接近4公尺的大型銅神樹、做工細緻複雜的搖錢樹，都充分反映了古蜀國高超的冶金術。
青銅器館以青銅人首鳥身像為主體標誌性雕塑，輔以大型銅質浮雕背屏，揭示了陳列內容的主題——人與神。青銅館共有6個展廳，分別是：奇密面具、神巫群像、祭祀大典、群巫之長、奇絕的宗廟神器、三星堆考古錄。主要展示了縱目面具、戴冠縱目面具和特大型面具，以及一大批人面具與獸面具，有的特大，有的特高，但都做工精湛，形狀奇特，其中尤以「青銅大立人」和「獸面冠人像」最為矚目，堪稱古代青銅器中的另類精品。