ประติมากรรมสมัยสุโขทัย เริ่มตั้งแต่สมัยพ่อขุนศรีอินทราทิตย์ประกาศตั้งกรุงสุโขทัยเป็นราชธานีประมาณ พ.ศ. 1800-1918 เมืองสำคัญทางศิลปสมัยสุโขทัยมีเมืองสุโขทัย เก่า กำแพงเพชร และศรีสัชนาลัยปรากฏโบราณสถานใหญ่โต มีศิลปวัตถุเป็นจำนวนมาก ชาวสุโขทัยนับถือพุทธศาสนายุคแรกตามแบบสมัยลพบุรี คือ พุทธศาสนาแบบมหายาน ภายหลังพุทธศาสนาลัทธิลังกาวงศ์แพร่ขยายเข้ามาในสมัยพ่อขุนรามคำแหง วัสดุที่นำมาสร้างประติมากรรมมี ปูนเพชร ดินเผา ไม้ โลหะสำริด และทองคำ 
   

 แบบอย่างของประติมากรรมสมัยสุโขทัยแบ่งเป็น 4 ยุค คือ

          ยุคที่ 1 ประติมากรรมยุคนี้ยังแสดงอิทธิพลของศิลปะลพบุรีที่เห็นได้ชัด คือ ภาพปูนปั้นลวดลายประดับประตูรั้วทางเข้าองค์ปรางค์วัดพระศรีรัตนมหาธาตุ การสร้างพระพุทธรูปในยุคนี้มีแบบเฉพาะเป็นของตนเองที่เรียกกันว่า "แบบวัดตระกวน" เป็นพระพุทธรูปแบบเชียงแสน ลังกา และสุโขทัย ผสมผสานกัน พระพักตร์กลม พระรัศมีเป็นแบบลังกา พระวรกายและชายสังฆาฏิสั้นแบบเชียงแสน

          ยุคที่ 2 ในยุคนี้ฝีมือการสร้างประติมากรรมของช่างไทยเชี่ยวชาญขึ้น พัฒนารูปแบบการสร้างพระพุทธรูปจนก่อเกิดรูปพุทธลักษณะอันงดงามของสกุลช่างสุโขทัยเอง ยังเป็นศิลปะสุโขทัยแบบบริสุทธิ์ ในยุคนี้มีการสร้างพระพุทธรูปไว้มากมายตั้งแต่พระพุทธรูปขนาดใหญ่ เช่น พระอัฏฐารส พระอัจนะ จนถึงพระบูชาขนาดเล็ก และพระพิมพ์ นอกจากนี้ยังมีพระพุทธรูปนูนต่ำนูนสูงประดับภายในซุ้มมณฑปหรือพระเจดีย์เป็นจำนวนมาก สมดังศิลาจารึกหลักที่ 1 กล่าวไว้ว่า "กลางเมืองสุโขทัยนี้มีพิหาร มีพระพุทธรูปทอง มีพระอัฏฐารส มีพระพุทธรูปอันใหญ่ มีพระพุทธรูปอันราม " พระพุทธรูปสุโขทัยไม่นิยมสลักหิน แม้จะเป็นพระพุทธรูปขนาดสลักหิน นิยมปั้นด้วยปูนหรือหล่อด้วยโลหะมีค่าต่างๆ รวมทั้งทองคำบริสุทธิ์ ลักษณะพระพุทธรูปสุโขทัยยุคนี้ คือ พระพักตร์รูปไข่ พระขนงโก่ง พระนาสิกงุ้ม พระโอษฐ์อมยิ้มเล็กน้อย พระเศียรสมส่วนกับพระศอและพระอังสา หมวดพระเกศาเล็ก พระรัศมีเป็นเปลว พระอุระผายสง่า พระอังสาใหญ่กว้าง พระถันโปน ปั้นพระองค์เล็ก ครองจีวรห่มเฉียง ชายจีวรยาวจรดมาถึงพระนาภี ปลายเป็นลายเขี้ยวตะขาบ พระกรเรียวดุจงาช้าง นิ้วพระหัตถ์และนิ้วพระบาททำแบบธรรามชาติ ดุจมีชีวิต ฐานเป็นหน้ากระดานเกลี้ยง ปางที่นิยมคือ ปางมารวิชัย และปางลีลา องค์พระพุทธรูปปางลีลาที่งดงามปัจจุบันประดิษฐานที่ระเบียงคด วัดเบญจมบพิตร

          ยุคที่ 3 การปั้นพระพุทธรูปยุคนี้พัฒนาไปจากศิลปะสุโขทัยแบบบริสุทธิ์ มีความประณีต มีระเบียบและกฎเกณฑ์มากขึ้น พระรัศมีเป็นเปลวมีขนาดใหญ่ขึ้น พระพักตร์รูปไข่สั้น พระอุณาโลมเป็นตัวอุหงายระหว่างหัวพระขนง พระวรกายมีความอ่อนไหวน้อยลง พระอาการสงบเสงี่ยมแลดูนิ่งสงบขึ้น พระกรยาว นิ้วพระหัตถ์ทั้งสี่เสมอกัน ฝ่าพระบาทเรียบสั้น พระบาทยาว พระพุทธรูปที่สำคัญๆ ในยุคนี้ คือ พระพุทธชินราช พระพุทธชินสีห์ พระศรีศาสดา และพระศรีศากยมุนี เป็นต้น

          ยุคที่ 4 เป็นยุคที่ประติมากรรมสมัยสุโขทัยถูกกลืนไปกับอิทธิพลของศิลปสมัยอยุธยาเมื่อราชวงศ์พระร่วงสิ้นสุดลงในพ.ศ. 1981 นับเป็นยุคสุโขทัยเสื่อม แม้มีการสร้างศิลปะในชั้นหลังก็เป็นสกุลศิลปะเล็กๆ พระพุทธรูปมีลักษณะกระด้างขึ้นทั้งอิริยาบท และทรวดทรง มักสร้างพระพุทธรูปยืน พระสำคัญในยุคนี้เช่น พระอัฎฐารส วัดสระเกศ กรุงเทพมหานคร

     สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพทรงแบ่งแบบอย่างพระพุทธรูปซึ่งสร้างในสมัยสุโขทัยเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่หนึ่ง มักทำดวงพระพักตร์กลมตามแบบพระพุทธรูปลังกา เช่น พระอัฏฐารสในวิหารวัดสระเกศ กลุ่มที่สอง เมื่อฝีมือช่างเชี่ยวชาญขึ้นคิดแบบใหม่ ทำดวงพระพักตร์ยาว พระหนุเสี้ยม เช่นพระร่วงโรจนฤทธิ์ที่พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวเชิญไปไว้ที่พระปฐมเจดีย์ และพระสุรภีพุทธพิมพ์ที่เป็นพระประธานอยู่ในพระอุโบสถวัดปรินายก พระพุทธรูปที่สร้างแบบนี้มีมากกว่ากลุ่มแรก กลุ่มที่สามสันนิษฐานว่าเห็นจะเป็นในรัชกาลพระมหาธรรมราชาพญาลิไทย ซึ่งในตำนานกล่าวว่า ทรงเป็นพระราชธุระบำรุงกิจในพระศาสนายิ่งกว่าในรัชกาลก่อนๆ โปรดให้เสาะหาช่างที่มีฝีมือดีทั้งในอาณาเขตลานนาและอาณาเขตข้างฝ่ายใต้มาประชุมปรึกษากัน และทรงสอบสวนหาหลักฐานพุทธลักษณะในคัมภีร์พระไตรปิฎกประกอบ จึงเกิดแบบพระพุทธรูปสมัยสุโขทัยขึ้นอีกอย่างหนึ่ง เช่น พระพุทธชินราช พระพุทธชินสีห์ ดวงพระพักตร์เป็นทำนองผลมะตูมคล้ายแบบอินเดียเดิมแต่งามยิ่งนัก และแก้พุทธลักษณะแห่งอื่น เช่น ทำปลายนิ้วพระหัตถ์ยาวเสมอกันทั้งสี่นิ้ว เป็นต้น แบบพระพุทธรูปเช่นนี้ทำกันแพร่หลายขึ้นไปจนถึงเมืองเหนือ และลงมาข้างใต้ แต่ที่ทำได้งามเหมือนองค์พระพุทธรูปที่เป็นต้นตำรามีน้อย