בגלל מיקומו האסטרטגי משך העמק בני אדם כבר לפני אלפי שנים, ועד היום ניתן לראות בו אתרי עתיקות מעידנים שונים וברמות שונות של שימור. האתר המוכר והמרשים מכולם הוא כמובן העיר העתיקה של בית שאן, אבל מלבדה יש גם את שרידי המבצר הצלבני בכוכב הרוחות ואתרים נוספים, קטנים יותר.
כמו כן יש בעמק מספר אתרי מורשת מימי ראשית הציונות והקמת המדינה, כמו אתר ההנצחה ללוחמי הפלמ"ח בתל יזרעאל (שלידו ניתן לראות את שרידי ארמון מלכי ישראל מימי התנ"ך), מוזיאון חומה ומגדל בניר דוד, מוזיאון עין דור, אחוזת הקבר של יהושע ואולגה חנקין ועוד.
בקיבוץ עין חרוד מאוחד נמצא מוזיאון בית שטורמן לתולדות ההתיישבות בעמק (ביתו של העגל עם שני הראשים) ולידו המשכן לאמנות, המוזיאון הכי וותיק בארץ לאמנות (משכן הקבע שלו נחנך עוד לפני הכרזת המדינה) שזכה לפרסום עולמי בזכות האדריכלות פורצת הדרך שלו, ואוסף האמנות היהודית והישראלית שלו מתחרה גם באלה של מוזיאונים גדולים ומוכרים.
