Τα σημαντικότερα μνημεία στη Κοιλάδα των Μουσών είναι:

Το Θέατρο, το οποίο χρονολογείται από τα τέλη του 3ου αιώνα π.Χ. ή τις αρχές του 2ου αιώνα π.Χ. Κτίστηκε για τις ανάγκες των μουσικών και θεατρικών αγώνων που γίνονταν στο άλσος με την ευκαιρία της γιορτής των Μουσείων, εκδήλωσης αφιερωμένης στις εννέα Μούσες προστάτιδες των Γραμμάτων και των Τεχνών. Οι θεατές κάθονταν σε υποτυπώδεις σειρές καθισμάτων, σκαμμένες στην πλαγιά του βουνού. Μόνον η πρώτη σειρά των καθισμάτων - η προεδρία - ήταν μαρμάρινη. Σήμερα σώζονται η σκηνή και το προσκήνιο του θεάτρου.

Η μακρά ιωνική στοά, μήκους 96,70 μ., που βρισκόταν 40 περίπου μέτρα δυτικά του ναΐσκου των Μουσών και προοριζόταν για τη στέγαση αναθημάτων (δώρων) προς τις Μούσες. Χρονολογείται στον 3ο αιώνα π.Χ. Στο εσωτερικό διέθετε αρχικά κατά μήκος τοίχο και δωμάτια, ο οποίος αντικαταστάθηκε αργότερα με κιονοστοιχία κορινθιακών κιονοκράνων.

Ο ναΐσκος ή βωμός των Μουσών. Πρόκειται για ορθογώνιο κτήριο μικρών διαστάσεων που χρονολογείται στον 3ο αιώνα π.Χ., σύγχρονο με το θέατρο και τη στοά. Ηρθε στο φως μετά την διάλυση της εκκλησίας της Αγ. Τριάδας που είχε θεμελιωθεί πάνω στο αρχαίο κτήριο.

Τα βάθρα αγαλμάτων των Μουσών. Στις γαλλικές ανασκαφές του 1899 βρέθηκαν εννέα βάθρα αγαλμάτων των Μουσών, στημένα αρχικά σε ενιαίο σύνταγμα, από τα οποία τα πέντε καλύτερα διατηρούμενα φέρουν χαραγμένα ισάριθμα ονόματα Μουσών και επιγράμματα, έργα του ποιητή και γλύπτη Ονέστου.

Ο τετράγωνος πύργος της Ασκρας του 4ου αιώνα π.Χ. που δεσπόζει από τα Βόρεια του ιερού άλσους των Μουσών και κατέχει το υψηλότερο μέρος του δύσβατου λόφου Πυργάκι. Διέθετε τρεις αποθηκευτικούς χώρους στο ισόγειο. Ολόγυρά του σώζεται παλαιότερος ουρωματικός περίβολος σε ερείπια. Ο πύργος κτίστηκε πιθανότατα από τους Θεσπιείς λίγο πριν τα 371 π.Χ. (μάχη Λεύκτρων) προκειμένου να ελέγχουν έτσι τις κινήσεις των Θηβαίων.