Không chỉ nổi tiếng là mảnh đất giàu truyền thống cách mạng, huyện Sơn Dương còn được biết đến với những di chỉ khảo cổ phát hiện sự tồn tại các nền văn hóa khác nhau qua hàng nghìn năm.
Trong đợt điều tra, khảo sát khảo cổ học tại một số xã thuộc huyện Sơn Dương, cán bộ Viện Khảo cổ học và Bảo tàng Tuyên Quang năm 2008 đã phát hiện một di tích chùa thời Trần ở thôn Cao Đá, xã Sơn Nam. Tại đây, phát hiện nhiều nhất là những viên gạch vuông chuyên dùng để lát sân. Gạch có kích thước trung bình 35cm x 35cm x 5,2cm. Phần lớn số gạch này đều để trơn, không hoa văn, thường có màu đỏ hoặc đỏ tím, độ nung cao, khá cứng. Một số có trang trí hoa văn họa tiết hình hoa cúc, hoặc hoa cúc dây cách điệu với cánh to uốn lượn mềm mại ở các góc. Cũng có kiểu hoa văn bố cục theo đường chéo là cánh hoa chanh lớn, ở giữa có các móc hoa hình chữ S lớn như loại gạch cùng loại tìm thấy ở địa điểm Quần Ngựa (Hà Nội). Nổi bật hơn cả là những viên gạch lát nền, ở phần trung tâm viên gạch có trang trí hình con hươu chân bước khoan thai, đầu quay lại phía sau với hoa cúc dây cách điệu ở các góc. Ngoài những di vật bằng đất nung, trên bề mặt Gò Chùa còn tìm thấy nhiều chân tảng đá dùng để kê chân cột… Dựa vào các đặc trưng họa tiết điêu khắc trang trí trên vật liệu kiến trúc tìm thấy các nhà khảo cổ học thuộc Viện Khảo cổ học Việt Nam đoán định ngôi chùa này được xây dựng vào thời Trần (thế kỷ XIII - XIV).
Tiếp đến đầu năm 2012, tại thôn Tân Hồng, xã Tú Thịnh qua bước đầu khai quật, các nhà khảo cổ đã phát hiện ra những đồ vật có kiến trúc cổ như đồ gốm sứ, đồ sành… với những hoạ tiết và hoa văn độc đáo tại ngôi chùa cổ Lang Đạo. Cũng tại lần khai quật này, người ta đã tìm thấy ở ngôi chùa các vật liệu kiến trúc gồm gạch bìa hình chữ nhật, ngói mũi sen, gạch lát nền in nổi hình hoa tranh; phát hiện được mảng đầu phượng bằng đất nung, đầu thú đao ngói ở góc, mảnh lá đề, mảnh tượng uyên ương phục vụ việc trang trí kiến trúc ở phần mái; một số đồ sành, sứ sinh hoạt hàng ngày thời Trần và thời Lê sơ. Đây là kiến trúc có thể tồn tại từ thời Trần (thế kỷ XIII - XIV) đến thời Lê sơ (thế kỷ XV - XVI). Kiến trúc có quy mô lớn, cấu trúc tương đối rõ ràng và hiếm thấy trong hệ thống kiến trúc cổ ở Tuyên Quang nói riêng và Việt Nam nói chung. Di tích được xây dựng ở cùng đồng bào dân tộc ít người vùng Đông Bắc của Tổ quốc và là nơi cư trú đông đúc thời Trần và Lê sơ, có ý nghĩa quan trọng trong việc đoàn kết các dân tộc Việt Nam, truyền bán văn hóa Đại Việt thời Lý - Trần - Lê sơ.
Cùng việc khai quật di tích cổ chùa Lang Đạo, Đoàn khảo cổ còn phát hiện một số di tích thời Lý - Trần - Lê sơ tại xã Tú Thịnh. Gồm: Di tích Bãi Béo thôn Cầu Quất, xã Tú Thịnh với khá nhiều di vật ở bờ sông Phó Đáy. Đặc biệt, phát hiện được quặng sỉ (chưa rõ của lò luyện kim hay lò sản xuất gì) nhưng theo Đoàn khảo cổ có khả năng đây là một làng cổ ven sông; di tích Làng Ổi, thôn Cầu Quất, với nhiều mảnh gốm, sứ thời Lý - Trần; di tích núi Guốc thôn Cầu Quất, phát hiện được rùa đá, mảnh lá đề trang trí rồng, sành sứ thời Trần và Lê sơ, gạch ngói thời Trần…
Đồng chí Lý Mạnh Thắng, Phó Giám đốc Bảo tàng tỉnh cho biết, trong đợt khảo sát khảo cổ học tại huyện Sơn Dương diễn ra trong tháng 5/2012, Viện Khảo cổ học Việt Nam và Bảo tàng tỉnh Tuyên Quang phát hiện các di vật cổ các vò, nồi gốm, có niên đại cách đây khoảng hơn 3.000 năm thuộc văn hóa Phùng Nguyên tại thôn Đồng Dài, xã Thượng Ấm. Dự kiến từ nay đến cuối năm, các nhà khảo cổ sẽ thực hiện khai quật địa điểm này để tìm hiểu rõ niên đại của các di chỉ cổ nơi đây. Cũng trong đợt khảo sát này, còn phát hiện ra răng voi hóa thạch nặng khoảng 2,5 kg trên sông Lô thuộc xã Hồng Lạc, bề ngoài thân răng được bao phủ lớp patin dầy, chứng tỏ mức độ hóa thạch rất lớn; phát hiện ra một chiếc giếng cổ, tang giếng được làm bằng đá xanh tại thôn Bòng, xã Tân Trào…
Những phát hiện về những ngôi chùa cổ và các di vật cổ ở các địa phương của huyện Sơn Dương là cơ sở dữ liệu quan trọng giúp các nhà khảo cổ đi sâu nghiên cứu về văn hóa Việt Nam qua các giai đoạn lịch sử. Đồng thời, cũng khẳng định về giá trị bề dày lịch sử lâu đời của mảnh đất giàu truyền thống văn hóa, lịch sử này./.