三星堆遗址及其出土文物的许多重大学术问题，至今仍是难以破译的千古之谜。虽然专家学者对其中“七大千古之谜”争论不休，但终因无确凿证据而成为悬案。
第一谜
三星堆文化来自何方？有其来源与岷江上游新石器文化有关、与川东鄂西史前文化有关、与山东龙山文化有关等看法，即人们认为三星堆文化是土著文化与外来文化彼此融合的产物，是多种文化交互影响的结果。但究竟来自何方？
第二谜
三星堆遗址居民的族属为何？有氐羌说、濮人说、巴人说、东夷说、越人说等不同看法，但学术界也有人认为，濮人、越人是同一族人，即是骆越后人。
多数学者认为岷江上游石棺葬文化与三星堆关系密切，其主体居民可能是来自川西北及岷江上游的氐羌系。但从出土的鸟、龙（蛇）、太阳轮等实物与骆越地的鸟、龙、巫咸、崇阳祭天文化极其相似，又据相关文献记载，参加过周武王牧野誓师的庸、蜀、羌、髳、微、卢、彭、濮八族中，以濮族人数最多，而且分布地域广阔。
因濮族长期处于分散的部落状态，故有百濮的称号。濮人建立的濮国原在江、汉一带，与楚国为邻，后遂为楚吞并。史家言及楚国境内的其它民族时，先称之为濮，继称之为越，即因濮、越同源之故。所以学术界也有人认为，三星堆族属是濮人、越人。
第三谜
三星堆古蜀国的政权性质及宗教形态如何？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？其宗教形态是自然崇拜、祖先崇拜还是神灵崇拜？或是兼而有之？
第四谜
三星堆青铜器群高超的青铜器冶炼技术及青铜文化是如何产生的？是蜀地独自产生发展起来的，还是受中原文化、荆楚文化或西亚、东南亚等外来文化影响的产物？
第五谜
三星堆古蜀国何以产生、持续多久，又何以突然消亡？
第六谜
出土上千件文物的两个坑属何年代及什么性质？年代争论有商代说、商末周初说、西周说、春秋战国说等，性质有祭祀坑、墓葬陪葬坑、器物坑等不同看法。
第七谜
晚期蜀文化的重大之谜“巴蜀图语”。三星堆出土的金杖等器物上的符号是文字？是族徽？是图画？还是某种宗教符号？可以说，如果解开“巴蜀图语”之谜，将极大促进三星堆之谜的破解。
三星堆出土的大量珍贵文物。其中最神奇的便是众多青铜造像，这些青铜像铸造精美、形态各异，在众多的青铜人面像里有三件著名的“千里眼、顺风耳”造型，它们不仅体型庞大，而且眼球明显突出眼眶，双耳更是极尽夸张，长大似兽耳，大嘴亦阔至耳根，它们有的唇吻三重嘴角上翘的微笑状。
其中最大的一件通高65厘米、宽138厘米，圆柱形眼珠突出眼眶达16.5厘米。另一件鼻梁上方镶嵌有高达66厘米的装饰物，既像通天的卷云纹，又像长有羽饰翘尾卷角势欲腾飞的夔龙状。
在世界所有考古发现中，三星堆遗址出土的青铜神树，称得上是一件绝无仅有极其奇妙的器物。青铜神树分为3层，树枝上共栖息着9只神鸟，显然是“九日居下枝”的写照，出土时已断裂尚未复原的顶部，推测还应有象征“一日居上枝”的一只神鸟，以及尾在上头朝下攀援在青铜神树上的神龙。
