Trazada en forma de cuadrícula o damero —un diseño típico de las ciudades hispanoamericanas de entonces—, la ciudad tenía once manzanas de norte a sur y seis de este a oeste. Había dos áreas de uso y ocupación del suelo: la central, en torno de la Plaza de Armas, ocupada por viviendas, iglesias y el Cabildo; y las cuadras, manzanas en los bordes de la traza, dedicadas a cultivos urbanos (frutales y viñedos). El sitio de la primitiva ciudad estuvo abandonado durante siglos; a finales del siglo XVIII en sus proximidades se fundó una reducción de mocovíes y en la segunda mitad del XIX fue incorporado como parte de la colonia del pueblo de Cayastá, formada con inmigrantes europeos.
La ciudad colonial originó una sociedad compleja, organizada bajo el dominio español y con jerarquía en términos de privilegios y estatus sociales, étnicos y genéricos. Pueblos originarios, españoles, portugueses, criollos y africanos convivieron allí. Asimismo, mientras guaraníes procedentes del Paraguay ingresaron como personal de servicio de familias españolas, indígenas locales fueron encomendados y reducidos; la población africana llegó mediante el tráfico esclavista del siglo XVII.
A partir de 1949 Agustín Zapata Gollan inició excavaciones arqueológicas que permitieron recuperar un excepcional conjunto de estructuras arquitectónicas y artefactos que documentan la vida de los pobladores de finales del siglo XVI y primera mitad del XVII.
Expropiado por el gobierno provincial, el sitio fue declarado, en 1957, Monumento Histórico Nacional. Actualmente está al cuidado del Ministerio de Cultura de Santa Fe a través del Museo Etnográfico y Colonial.
El Parque Arqueológico Santa Fe la Vieja tiene una extensión de 69 hectáreas, dos terceras partes de la traza fundacional. Dentro de esta se conservan testimonios materiales de la antigua ciudad desde su fundación en 1573 hasta su mudanza en 1660. Dentro de la traza se ubican el remanente de la Plaza de Armas, las iglesias conventuales de San Francisco, Santo Domingo y La Merced, el Cabildo y un número significativo de viviendas, entre ellas las de Cristóbal de Garay, nieto del fundador, y las de Alonso Fernández Montiel, Francisco de Páez, el escribano Juan de Cifuentes, Juan González de Ataide y Manuel Ravelo.
De las construcciones originales se conservan partes bajas de los muros y sus cimientos, construidos con la técnica de tapia o tierra apisonada, además de fragmentos de tejas. En relación con estas estructuras, las investigaciones arqueológicas han puesto a la luz objetos que testimonian la vida de la ciudad hasta mediados del siglo XVII: cerámica indígena, hispanoindígena y española, porcelana oriental, tejas, ladrillos, monedas, medallas, cuentas de collares y rosarios, amuletos, útiles de labranza y herramientas.
El itinerario de los recorridos guiados —por calles arenosas que replican las de la antigua cuadrícula de la ciudad— tiene ocho estaciones que sirven para el descanso, la interpretación y comprensión. En el recorrido se pueden visitar restos de la Iglesia y el convento de San Francisco, donde hay réplicas exactas de los enterratorios de las personas que allí fueron sepultadas. Algunos de estos fueron identificados: Hernandarias de Saavedra y su mujer; doña Jerónima de Contreras, hija del fundador Juan de Garay. También se puede visitar la casa de González de Ataide, vecino de la vieja ciudad, y finalmente la Casa Ambientada de Vera Muxica, un espacio interactivo que recrea la vivienda de una familia española con réplicas del mobiliario y artefactos de uso cotidiano.
