מעיין בית הקשתות (עיינות איילון) - הבית הוא מבנה גזית, בעל קשתות, כפי שמעיד עליו שמו, בגודל של 6X4 מטרים. תקרתו עשויה לוחות אבן המונחים על שלוש קשתות. הבניין ממוקם בערוץ הנחל מעל נביעת מי תהום ונבנה בתקופה הרומית (שלהי המאה השלישית לספירה). הוא שימש, כפי הנראה, למקום מרפא. בצדו המערבי של הבניין אמת מים מהתקופה הביזנטית. הניקבה, באורך של 12 מטרים, מובילה את המים מן הנביעה אל הבריכה. בתקופה העותומאנית נבנה מסגד על גג הבית.
הכניסה למבנה אסורה עקב סכנת התמוטטות.
באר איוב ועינות איילון - באר איוב שוכנת בין חורבות הכפר הערבי הקטן דיר איוב, שחלש על הדרך העולה לירושלים. במלחמת העצמאות עבר הכפר מיד ליד פעמים אחדות, אך לבסוף נותר בידי כוחות הלגיון הירדני. לאחר מלחמת העצמאות ננטש הכפר ונותר בשטח ההפקר. במקום מעיין נובע ליד עצי תות ותאנה הנאספים לבריכה קטנה. הדרך מדיר איוב לעיינות איילון עוברת ברכס א-זהר, הידוע בשם "רכס התותחים". מראש הרכס תצפית מרהיבה לארבע רוחות שמים. כאן היה במלחמת העצמאות מתחם ירדני שצה"ל ניסה לכובשו, אך לשווא. מ"רכס התותחים" גולשת הדרך למזלג דרכים. ימינה - לעיינות איילון ושמאלה - לעמק המעיינות על אמות המים.
תל איילון - כאן שכן המקום המזוהה כעיר איילון, עיר שנכללה בתחום שבט דן (יהושע י"ט, מ"ב) שעל שמה נקרא העמק כולו. (איילון נזכרה בשם ילון במכתבי תל אל עמארנה). בתקופת המאבק של הישראלים בתושבי הארץ שלפני הכיבוש נדחקו בני שבט דן אל ההר (שופטים א', ל"ה) והעיר נותרה בתחום נוכרי. העיר עברה לידי ישראל כנראה בימי בית דוד, והייתה לעיר של הלוויים (יהושע כ"א, כ"ד, דברי הימים א' ו-נ"ד). עם פילוג הממלכה נותרה איילון בתחום יהודה, ובוצרה בידי רחבעם במסגרת הקמת שרשרת ביצורי הגבול שלו (דברי הימים ב', י"א).
ליד התל נובעים מעיינות אחדים - עיינות איילון. המעיין הגדול הוא ביר אל-ג'אבר, הנובע בתוך מבנה אבן קדום מדרום למבצר. בתל איילון נראים שרידי המבצר הצלבני קסטלום ארנולדי. המבצר נבנה בראשית המאה ה-12 לספירה על ידי המלך הצלבני פולק מאנז'ו, כחלק ממערך ההגנה על הדרך מיפו לירושלים. המבצר חולש על צפון עמק איילון. השרידים הבולטים בשטח הם קטעים מן החומה המערבית והדרומית.
גבעת המצפור - נקודת תצפית, לא הרחק משער הכניסה לפארק. לידה גתות עתיקות, חצובות בסלע. בגתות דרכו ענבים על מנת להפיק את התירוש, שהותסס ליין.
חורבת עקד - בראש הגבעה התלולה נמצאו שרידי יישוב מוקפים חומה מימי הבית השני. ייתכן שכאן שכנה גם מצודת אמאוס, שבנה המצביא הסלווקי בכחידס, שנשלח על ידי השליט הסלווקי דימיטריוס הראשון כדי לדכא את המרד החשמונאי ולכבוש את ירושלים. בחפירות שנערכו בשנות ה-70' וה-80' התגלו מעט משרידי היישוב המבוצר, מערת מגורים עם שרידי בנייה וממצא קרמי מהתקופות ברזל, פרסית, הלניסטית ורומית קדומה. כן התגלתה מערכת מסתור שכנראה נחצבה בימי מרד בר כוכבא ברומאים (המערכת מלאה עפר). בשנת 2011 חידשה את החפירות יחידת קמ"ט ארכיאולוגיה באזור יהודה ושומרון, בשיתוף עם קק"ל. החפירות חשפו שרידי יישוב שהשתרע על פני 60 דונם, מוקף חומות ומגדלים. בקו החומה הדרומי נחשף שער בנוי אבני גזית ומוגן בידי שני מגדלים עגולים למחצה.
"דרך בורמה הירדנית" - דרך רכב שסלל הלגיון הירדני בתקופת מלחמת העצמאות מאמאוס לכפר יאלו ומשם לבית נובא ולבית ליקיא. הדרך יוצאת מהעיקול החד שבראש נחל המעיינות. מטרת הדרך הייתה עקיפת הטריז של צה"ל בגבעות אל בורג', שניתק את הכביש הראשי מלטרון לרמאללה.
גבעה 312 וקבר שייח' אבן ג'בל ("בן ההר") - תצפית נוף מרהיבה אל עמק איילון. המבנה עצמו נבנה בשנת 1288 על ידי מנכורש, מושלה הממלוכי של מצודת ירושלים. על משקוף המבנה חרוט סמלו - מגן אצילים עגול, שמשולשים בתוכו וגביעים משני עבריו. על פי המסורת, הוא עמד בראש צבא הערבים שפלש לארץ במאה השביעית, והקים כאן באמאוס בסיס צבאי גדול. יום אחד, האגדה מספרת, הורעלו המים שבבארות, וכל מי ששתה מהם חלה בדבר.
בית המרחץ הרומי - נמצא ליד כנסיית אמאוס, מעט מחוץ לתחומי הפארק, בבית הקברות של הכפר עמואס. שמו הערבי של המקום הוא שייח' עוביד, שעל פי המסורת הערבית היה המצביא הראשי של הצבא המוסלמי שמת במאה השביעית במגפת אמאוס. חלקים ניכרים מבית המרחץ, שבו היו ארבעה חדרים, נותרו על תילם. אמה בנויה הובילה את מי המעיינות אל בית המרחץ, נראה כי זהו הדמוסיון ("דומסית"), המרחץ החם של אמאוס, המתואר במקורות היהודיים.
אין להיכנס לתוך מבנה בית המרחץ עקב סכנת התמוטטות.
חניון הזיתים ושרידי אמאוס - ממערב לכביש מס' 3, ליד כרם זיתים, הכשירה קק"ל את "חניון הזיתים". בקרבתו, משני צדי הכביש, נמצאים שרידי אמאוס, שם יווני לעיר חמת שבגבול יהודה. מקור שם העיר הוא מעיין מים חמים, שאינו נובע בימינו. ייתכן שבית המרחץ הרומי ניצל את מי המעיין הזה. אמאוס הייתה סמל למקום תענוגות. עליה נאמר: "אמאוס, מקור מים יפים ונווה יפה" (קהלת רבה ז, טו). מאז המאה השלישית נקראה העיר ניקופוליס (עיר אלת הניצחון). מפעלי המים של העיר, שחלקם נשמרו בפארק איילון, הוציאו את שמעה למרחוק. רוב השרידים המרשימים אינם נמצאים ליד חניון הזיתים, אלא בחלק הפארק שממזרח לכביש.
כנסיית אמאוס - נמצאת מעט לפני הכניסה לפארק. מבנה גדול ולפניו חצר הנקראת "בית השלום". המבנה שייך למסדר נוצרי שמרכזו בבית לחם. כאן נמצאים שרידי כנסייה גדולה, מן התקופה הביזנטית (המאה החמישית לספירה). הכנסייה בנויה על שרידי וילה רומית מהמאה השנייה לספירה. כאן הייתה עיר גדולה ושמה אמאוס. במקום שרדו גומחת התפילה (האפסיס) המרכזית ואפסידות משני עבריה, וכן חלק מרצפת הפסיפס של הכנסייה. על פי המסופר בברית החדשה, התגלה ישו לאחר צליבתו לשניים מתלמידיו בדרך מירושלים לאמאוס.