เมืองโบราณบ้านแม่ต้านตั้งอยู่บนที่ราบเชิงเขาริมฝั่งแม่น้ำเมย ในเขตตำบลแม่ต้าน อำเภอ ท่าสองยาง จังหวัดตาก กรมศิลปากร ได้ดำเนินการสำรวจเมืองโบราณแห่งนี้เป็นครั้งแรก เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๑ โดยนายธนิต อยู่โพธิ์ อธิบดีกรมศิลปากรในขณะนั้น และนายชิน อยู่ดี ได้สำรวจพบว่ามีโบราณสถานที่มีร่องรอยการบูรณะหลายสมัย และโบราณวัตถุที่พบเป็นพระพุทธรูปสมัยสุโขทัย และพระพุทธรูปแบบเชียงแสนรุ่นหลัง ซึ่งมีอายุไม่เก่ากว่าสมัยสุโขทัย ในพ.ศ. ๒๕๑๖ หน่วยศิลปากรที่ ๓ ในขณะนั้น (สำนักศิลปากรที่ ๖ สุโขทัย ในปัจจุบัน) ได้สำรวจเมืองโบราณแม่ต้านอีกครั้งหนึ่ง พบว่ามีร่องรอยของกำแพงเมืองที่เป็นคันดิน ด้านทิศตะวันตกมีรอยตัดเนินดินธรรมชาติให้เป็นคูติดกับลำห้วยลึก ซึ่งมีคันเนินดินโค้งอ้อมไปตามเชิงเขาติดลำห้วยลึกไปทางทิศเหนือจรดภูเขา ด้านทิศใต้ของเมืองติดแม่น้ำเมยซึ่งกำแพงเมืองคงพังลงน้ำไปมาก มีโบราณสถานสำคัญ ๖ แห่ง ได้แก่ วัดพระธาตุเมืองเก่าห้วยลึก วัดห้วยพระธาตุ วัดห้วยลึก วัดริมเมย วัดวังต้อม และวัดสองห้วย