ตั้งเมืองในเขตพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาตอนบน ปรากฏแนวคูน้ำคันดินล้อมรอบเป็นกำแพงเมืองทั้ง 4 ด้าน ขนาดกำแพงเมืองด้านทิศเหนือและทิศใต้ ยาวประมาณ 1,800 เมตร ส่วนด้านทิศตะวันออกและทิศตะวันตก กว้างประมาณ 1,600เมตร พื้นที่ประมาณ 1,810 ไร่ เมืองสุโขทัยตั้งอยู่ที่ลาดเชิงเขา มีเขาประทักษ์อยู่ทางทิศใต้และทิศตะวันตก ทำหน้าที่เป็นหลังคารับน้ำก่อนจะไหลลงสู่ที่ลาดลงมาทางด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือส่วนขอบเขตของพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาทางด้านทิศเหนือบริเวณนี้จะปรากฏภูเขาเล็ก ๆโผล่ขึ้นมา ไม่สูงมากนัก เป็นพื้นที่ราบกว้างสม่ำเสมอต่อเนื่องไปตลอด จนถึงด้านทิศใต้ของพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา ที่อยู่ทางภาคกลางของประเทศไทย ด้านทิศตะวันออก ซึ่งเป็นที่ตั้งเมืองสุโขทัย และต่อเนื่องไปสู่พื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำยมที่อยู่ห่างออกไปราว 12 กิโลเมตร ด้านทิศเหนือและทิศตะวันออกของเมือง เป็นที่ลุ่มต่ำกว่าเมืองได้ใช้เป็นที่ทำไร่ ทำสวน และทำนา จึงมีผู้คนอาศัยอยู่หนาแน่นมากกว่าด้านทิศตะวันตกและทิศใต้ เป็นพื้นที่ลาดเชิงเขา มีคลองแม่ลำพันซึ่งเกิดจากภูเขาในเขตเมืองลำปางไหลมารวมกับลำน้ำยมที่ท่าธานี ผ่านแนวกำแพงเบื้องตะวันออก

แม้ว่าลำน้ำยมจะเป็นลำน้ำที่มีความสำคัญต่อเมืองสุโขทัยและเมืองอื่น ๆที่ใกล้เคียง น่าจะเลือกเป็นที่ตั้งของเมือง แต่ผู้ที่สร้างชุมชนสมัยสุโขทัยก็ไม่ได้เลือกเช่นนั้นเพราะเหตุผลว่า พื้นที่ลาดของภูเขาที่มีความสูงพอดีกับขอบอ่างที่เป็นที่ลุ่มแบบรูปพัดเชิงเขาได้ชัยภูมิที่เหมาะกว่าการที่จะไปตั้งเมืองอยู่ในอ่างที่เป็นที่ลุ่มต่ำทำให้น้ำท่วมถึงตลอดเวลาจนเป็นทะเลหลวง

ในการเลือกที่ตั้งเมืองที่ห่างไกลจากลำน้ำเช่นนี้ไม่ได้เป็นอุปสรรคต่อการใช้เส้นทางคมนาคมจากเมืองไปสู่เส้นทางสัญจรใหญ่ เพราะทางด้านตะวันออกของชุมชนมีลำน้ำลำพันไหลเลียบมาตามไหล่ตะพักของเขาประทักษ์ไปลงสู่ลำน้ำยม ที่สามารถใช้เป็นเส้นทางคมนาคมได้ดี และยังมีสายน้ำอื่นที่ไหลลงมากจากเทือกเขาต่างๆ ทางด้านทิศตะวันตก ผ่านที่ราบซึ่งใช้เป็นที่การเกษตรไปสู่ลำน้ำยม ทั้งยังสามารถใช้เป็นเส้นทางสัญจรและขนส่งไปสู่ลำน้ำใหญ่ได้เช่นกัน

จากการเลือกที่ตั้งของเมืองสุโขทัยบนชั้นเชิงลาดของภูเขาที่มีฐานตัวเมืองเป็นดินภูเขาที่มีความแข็งและร่วนมาก ไม่สามารถกักเก็บน้ าไว้ใช้เพาะปลูกได้ เป็นเหตุอย่างหนึ่งที่ท าให้แหล่งน้ าใต้ดินภายในบริเวณเมืองต่ ากว่า 5 เมตรจากผิวดิน นอกจากจะได้รับพัฒนาการน าน้ ามาใช้ด้วยวิธีอื่น ได้แก่ การสร้างสรีดภงส์ (สรีดภงส์ อ่านว่า สะ-หรีด-พง เป็นคำนามแปลว่า เขื่อน หรือ อ่างเก็บน้ำ ทำนบ) และฝายกั้นน้ าเพื่อใช้ในการเกษตรกรรม ส่วนพื้นที่สร้างเมืองหรือชุมชนเหมาะแก่การตั้งชุมชน เพราะเมืองสุโขทัยได้แยกเอาพื้นที่ทำนา ทำไร่ ออกไปอยู่ในส่วนอื่น จากที่ตั้งของเมืองซึ่งใช้เป็นศูนย์กลางของการปกครองและที่อยู่อาศัยตลอดจนการประกอบกิจกรรมทางด้านการศาสนาและค้าขาย

ในสมัยสุโขทัยมีการเลือกทำเลที่ตั้งบ้านเรือน ที่อยู่อาศัย การเลือกภูมิประเทศจะอยู่ใกล้ลำน้ำ สะท้อนให้เห็นว่าคนสุโขทัยมีแนวคิดเป็นอย่างเดียวกัน แสดงให้เห็นถึงภูมิรู้ในเรื่องระบบชลประทานแบบเหมืองฝายซึ่งสร้างขึ้นเพื่อเป็นการป้องกันน้ำท่วม กั้นเก็บน้ำไว้ใช้ในการเกษตร รวมทั้งเป็นแนวป้องกันภัยสงครามที่คุ้นเคยสืบต่อกันมานาน จึงเกิดเป็นภูมิปัญญาในการบริหารจัดการสร้างบ้านแปงเมืองสมัยโบราณ จะตั้งอยู่ใกล้กับแหล่งน้ำ เพื่อใช้ในการอุปโภคบริโภคของชาวบ้านชาวเมือง แต่ขึ้นอยู่กับว่าแหล่งน้ำนั้นเป็นแหล่งน้ำแบบใด

แหล่งน้ำนิ่ง เช่น หนอง บึง ทะเลสาบ สระน้ำ หรือ ตระพัง (ตระพัง หมายถึงแอ่ง บ่อ หนอง กระพัง ตระพัง หรือ สะพัง เรียกบ่อที่เกิดขึ้นเอง หรือสระน้ าที่ขุดลงไปในพื้นดิน) บาราย คือ สระน้ าที่มีคันดินล้อมรอบแหล่งน้ำไหล หรือ อ่างเก็บน้้ำที่สร้างขึ้น ประเภทลำน้ำหรือแม่น้ำ

สมัยโบราณการเลือกพื้นที่ตั้งเมืองอยู่ ณ บริเวณใดนั้น จะต้องพิจารณาจุดแข็ง ทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่เป็นหลัก ประกอบด้วย สภาพความอุดมสมบูรณ์ของพื้นที่ การเป็น ชัยภูมิที่ดีในทางทหาร และที่สำคัญ บ้านเมืองต้องมีความปลอดภัยจากน้ าท่วมในฤดูน้ าหลาก และไม่ขาดแคลนน้ำใช้อุปโภคบริโภคในฤดูแล้ง การเลือกหาพื้นที่ตั้งเมืองให้ตรงตามลักษณะ ดังกล่าว จะต้องอาศัยภูมิความรู้ทางภูมิศาสตร์และความเข้าใจที่ละเอียดทางด้านระบบสังคม สมัยโบราณ จะเชื่อมโยงเป็นระบบด้วยการจัดความสัมพันธ์ระหว่าง คน กับ ธรรมชาติและ อ านาจเหนือธรรมชาติ เพราะการสร้างบ้านแปงเมืองถือเป็นสัญลักษณ์แห่งความมั่นคงของมนุษย์ ทั้งด้านอำนาจการเมือง การปกครอง การค้าขายแลกเปลี่ยน และการทำมาหากิน หากจะย้ายไปสร้างเมืองใหม่ที่ใดอีกก็เป็นไปด้วยเหตุภัยสงคราม หรือภัยธรรมชาติครั้งรุนแรงจน เมืองพังทลายเสียหายมากเท่านั้น

ส่วนการตั้งถิ่นฐานบ้านเรือนอยู่เมืองสุโขทัยโบราณนั้น มักจะพบอยู่บริเวณลำน้ำ เล็ก ๆ และมีพื้นที่รับน้ าที่เป็น หนอง บึง และเลี้ยงชีพด้วยการเกษตรเป็นหลัก ดังนั้นจึงมี 2 ปัจจัย ในการเลือกตั้งถิ่นฐาน คือ

1. แหล่งน้ำ คือ ปัจจัยสำคัญที่สุดสำหรับการทำเกษตร โดยอาณาบริเวณสมัย สุโขทัยมีลำน้ำขนาดใหญ่ผ่านถึง 3 สาย คือ ลำน้ำปิง ลำน้ำยม ลำน้ำน่าน โดยลำน้ำทั้ง 3 สาย นี้ไหลลงไปรวมกันที่เมืองนครสวรรค์ ช่วยให้เกิดความอุดมสมบูรณ์ต่อการเกษตร แต่ในฤดูแล้ง จะมีปัญหาเพราะน้ำน้อย ส่วนในหน้าน้ำหลากจะไหลล้นตลิ่งในปริมาณสูง ทำให้สองฟากของ แม่น้ำที่เหมาะแก่การเกษตรกรรมไม่สามารถเพาะปลูกได้

2. สภาพพื้นที่ดิน คือ ปัจจัยสำคัญรองลงมาจากสภาพพื้นที่น้ำการตั้งถิ่นฐาน ของชุมชนโบราณบนพื้นที่รับน้ำเช่น ลำน้ำเล็ก ๆ หรือ หนอง บึง ธรรมชาติตามฤดูกาล ก่อให้เกิดพื้นที่ 3 ลักษณะ คือ พื้นที่ที่อยู่ระหว่างเขาลงมาตามที่ราบลุ่มแม่น้ำ พื้นที่บริเวณ ลุ่มน้ำใกล้เคียงกัน และพื้นที่ราบลุ่มน้ำเป็นพื้นที่ที่เหมาะกับการทำการเกษตรมากที่สุด พื้นที่นี้ ครอบคลุมบริเวณเมืองพิษณุโลก