เป็นที่เคารพสักการะของชาวเมืองสุโขทัย ศาลนี้เป็นที่ประดิษฐานดวงพระวิญญาณของพ่อขุนรามคำแหงมหาราช และเทวรูปพระแม่ย่า มีความสูง 1 เมตร ศาลพระแม่ย่าสันนิษฐานว่าสร้างในสมัยพ่อขุนรามคำแหงมหาราชเพื่ออุทิศให้กับพระมารดา คือนางเสือง เหตุที่เรียกว่า พระแม่ย่า นี้เพราะว่า พ่อขุนรามคำแหงมหาราชทรงเรียกมารดาว่า พระแม่ และชาวเมืองสุโขทัยเคารพพ่อขุนรามคำแหงมหาราชเสมอด้วยบิดา จึงเรียกพระมารดาของพระองค์ว่า พระแม่ย่า แต่เดิมศาลพระแม่ย่าประดิษฐานอยู่บนเขาพระแม่ย่า ต่อมาชาวจังหวัดสุโขทัยได้อัญเชิญมาประดิษฐานที่เมืองใหม่ โดยสร้างศาลขึ้นที่หน้าศาลากลางจังหวัดดังเช่นปัจจุบัน