เมืองโบราณอู่ทองตั้งอยู่ฝั่งตะวันตกของแม่น้ำจรเข้สามพัน มีลักษณะเป็นรูปวงรีขนาด 1,850 x 820 เมตร มีคูน้ำคันดินล้อมรอบ ทิศตะวันตกเป็นเขารางกะปิด เขาคำเทียม และเขาพระ ทิศตะวันออกเป็นที่ราบกักเก็บน้ำ นอกเมืองมีแนวคันดินเป็นถนนโบราณเรียกว่า "ถนนท้าวอู่ทอง" และแนวคันดินรูปเกือกม้าเรียกว่า "คอกช้างดิน" คงจะเป็นเพนียดคล้องช้างโบราณหรือสระเก็บน้ำในศาสนาพราหมณ์

เมืองโบราณแห่งนี้มีร่องรอยการอยู่อาศัยของชุมชนตั้งแต่ก่อนสมัยประวัติศาสตร์ตอนปลาย 2,500-2,000 ปีมาแล้ว โดยพบเครื่องมือหินขัด ภาชนะดินเผา แวปั่นด้ายดินเผา เป็นต้น ต่อมาชุมชนแห่งนี้ได้พัฒนาตนเองไปสู่สังคมเมืองสมัยประวัติศาสตร์ในราวพุทธศตวรรษที่ 5-9 ทำการติดต่อค้าขายกับต่างชาติ เช่น เวียดนาม จีน อินเดีย ตะวันออกกลาง และยุโรป มีบทบาทเป็นศูนย์กลางทางการค้าและเมืองท่าร่วมสมัยกับเมืองออกแก้ว (ทางภาคใต้ของประเทศเวียดนามในปัจจุบัน) ได้พบลูกปัดแก้ว เหรียญกษาปณ์ เหรียญโรมันสมัยจักรพรรดิวิกโตรีนุส เป็นต้น อู่ทองได้รับรูปแบบทางศาสนาและศิลปกรรมแบบอมราวดีจากอินเดีย ได้พบปฏิมากรรมดินเผารูปพระสงฆ์ 3 รูปอุ้มบาตร และพระพุทธรูปปั้นนาคปรกศิลปะแบบอมราวดี เป็นต้น ศาสตราจารย์ชอง บวสลีเย เชื่อว่าเมืองอู่ทองน่าจะเป็นราชธานีแห่งอาณาจักรสุวรรณภูมิที่พระเจ้าอโศกมหาราชได้ทรงส่งพระสมณทูตเข้ามาเผยแพร่พระพุทธศาสนาเมื่อ พ.ศ. 270-311 นายพอล วิตลีย์เชื่อว่า เมืองจินหลินตั้งอยู่ที่เมืองอู่ทอง เป็นรัฐสุดท้ายที่พระเจ้าฟันมันแห่งอาณาจักรฟูนันปราบได้ในพุทธศตวรรษที่ 9

เมื่ออาณาจักรฟูนันสลายลงในปลายพุทธศตวรรษที่ 11 รัฐทวารวดีได้เจริญขึ้นมาแทนที่ในลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาตอนล่างและรุ่งเรืองสูงสุดในราวพุทธศตวรรษที่ 11-16 โดยมีบันทึกของพระภิกษุเหี้ยนจังได้กล่าวถึงอาณาจักรโตโลโปตี้ (หมายถึง "ทวารวดี") และได้พบเหรียญเงินจารึกว่า "ศฺรีทฺวารวตี ศฺวรปุณฺยะ" เป็นการยืนยันการมีตัวตนของอาณาจักรทวารวดี โดยมีเมืองอู่ทองเป็นเมืองหลวงและเป็นศูนย์กลางของพระพุทธศาสนา ศาสนาพราหมณ์ วัฒนธรรมทวารวดี ประชาชนนับถือพระพุทธศาสนานิกายเถรวาทเป็นหลัก ใช้ภาษามอญ ยึดคติทางศาสนารูปแบบศิลปะคุปตะจากอินเดีย โบราณสถานโบราณวัตถุที่พบในเมืองอู่ทองเป็นศิลปกรรมในสมัยทวารวดี เช่น เศียรพระพุทธรูปทองคำ เจดีย์ พระพุทธรูปปางประทานธรรมจักร ในขณะเดียวกันศิลปะศรีวิชัยซึ่งนับถือพระพุทธศาสนานิกายมหายานก็ได้เผยแพร่เข้ามา โดยได้พบพระโพธิสัตว์อวโลกิเตศวรและพระโพธิสัตว์ปัทมปาณิ

เมืองอู่ทองได้หมดความสำคัญและร้างไปในราวพุทธศตวรรษที่ 16 จึงรอดพ้นจากอิทธิพลเขมรที่เข้ามามีอำนาจมากในราวพุทธศตวรรษที่ 18 ในรัชสมัยของกษัตริย์ขอมนักสร้างผู้ยิ่งใหญ่ คือ พระเจ้าชัยวรมันที่ 7 โดยปรากฏเมืองโบราณสุพรรณบุรีเจริญขึ้นมาแทนที่

ต่อมาในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวแห่งกรุงรัตนโกสินทร์ ได้มีการเปลี่ยนแปลงระบบบริหารราชการแผ่นดิน แบ่งหัวเมืองต่าง ๆ ออกเป็นมณฑล เมือง อำเภอ และตำบล อำเภออู่ทองจึงเกิดขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2448 โดยมีชื่อเมื่อแรกตั้งว่า อำเภอจรเข้สามพัน แบ่งเขตการปกครองออกเป็น 10 ตำบล ต่อมาทางราชการได้พิจารณาเห็นว่า ท้องที่อำเภอจรเข้สามพันเป็นที่ตั้งของเมืองโบราณที่เรียกว่า "เมืองท้าวอู่ทอง" จึงได้ย้ายที่ว่าการอำเภอจากหมู่บ้านจรเข้สามพันมาตั้ง ณ บริเวณเมืองโบราณท้าวอู่ทอง และให้เปลี่ยนชื่ออำเภอจรเข้สามพันเป็น อำเภออู่ทอง เพื่อให้สอดคล้องกับประวัติศาสตร์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2482[1]