โบราณสถานวัดธรรมศาลา ตั้งอยู่ในพื้นที่ของวัดธรรมศาลา จังหวัดนครปฐม ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของเมืองนครปฐมโบราณ มีลำคลองบางแก้วหรือคลองธรรมศาลาไหลผ่านทางด้านทิศเหนือและทิศตะวันออก เป็นโบราณสถานเก่าแก่ร่วมสมัยกับโบราณสถานเนินพระ และพระประโทณเจดีย์ ทั้งนี้ชื่อของธรรมศาลายังปรากฏอยู่ในตำนานพระปฐมเจดีย์ ซึ่งเป็นเจดีย์สมัยทวารวดีที่มีขนาดใหญ่ ลักษณะของโบราณสถานวัดธรรมศาลามีลักษณะคล้ายกับเจดีย์ทวารวดีทั่วไป คือ มีวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างคือ อิฐ ปูน และศิลาแลง และมีลายปูนปั้นประดับตรงส่วนฐาน มีฐานสี่เหลี่ยมช้อนชั้นขนาดใหญ่ มีการยกเก็จเป็นช่วง ๆ ที่ผนังของฐาน และมีการประดับลวดลาย ได้แก่ปูนปั้นรูปใบไม้ ดอกไม้ตามแบบทวารวดี ส่วนด้านบนของเจดีย์พังทลายไปแล้ว แต่มีซากฐานของสถาปัตยกรรมที่คาดว่าเป็นพระปรางค์สมัยอยุธยาและสมัยรัตนโกสินทร์สร้างทับอยู่ด้านบน คล้ายกับการสร้างซ้อนทับที่พระประโทณเจดีย์และพระปฐมเจดีย์องค์ดั้งเดิม พื้นที่บริเวณโบราณสถานวัดธรรมศาลานี้สันนิษฐานว่าเป็นชุมชนโบราณขนาดใหญ่นอกเมืองโบราณนครปฐมสมัยทวารวดี มีเนินโบราณสถานวัดธรรมศาลาเป็นศาสนสถานที่สำคัญของชุมชนและสันนิษฐานว่ามีการอยู่อาศัยในพื้นที่มาอย่างต่อเนื่อง
โบราณสถานวัดธรรมศาลาได้รับการสำรวจจาก ศาสตราจารย์ปิแอร์ ดูปองต์ (Pierre Dupont) ภัณฑารักษ์และนักโบราณคดีชาวฝรั่งเศส ต่อมามีการสำรวจและบูรณะจากกรมศิลปากรอีกหลายครั้ง เช่น ใน พ.ศ. 2507 กรมศิลปากรได้ทำการสำรวจและบันทึกสภาพ ใน พ.ศ. 2555 ได้มีการขุดศึกษาโบราณสถานวัดธรรมศาลาเป็นครั้งแรก และใน พ.ศ. 2563 ถึง พ.ศ. 2565 มีการบูรณะโบราณสถานและมีการขุดศึกษาเพิ่มเติม ทั้งนี้ในการศึกษาทางโบราณคดี ใน พ.ศ. 2555 ดำเนินการโดย สำนักศิลปากรที่ 2 สุพรรณบุรี พบว่าเป็นสิ่งก่อสร้างที่มีแผนผังสี่เหลี่ยมจัตุรัสยกเก็จ มีขนาดฐานกว้างยาว 23.50 เมตร สำหรับตัวศาสนสถานหลักเป็นสถูปเจดีย์ โดยบริเวณรอบสถูปเจดีย์พบการปูพื้นด้วยแผ่นอิฐเป็นบริเวณกว้าง และพบฐานอาคารที่ยังไม่ทราบประโยชน์การใช้สอยอีกจำนวน 3 หลัง โดยสถูปเจดีย์องค์นี้มีการสร้างทับซ้อนกันมาอย่างน้อยสองสมัย คือ ส่วนฐานสถูปมีรูปแบบศิลปกรรมแบบในวัฒนธรรมทวารวดี ส่วนบนถัดจากฐานขึ้นไปมีการก่อพอกใหม่ด้วยอิฐเดิม และด้านบนสุดเป็นฐานอาคาร ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็นพระปรางค์ทรงจัตุรมุข ที่สร้างขึ้นในสมัยอยุธยาเป็นอย่างน้อย โดยกรมศิลปากรประกาศขึ้นทะเบียนโบราณสถานวัดธรรมศาลาในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 52 ลงวันที่ 8 มีนาคม พ.ศ. 2478