Το άλσος των Μουσών και ο χώρος του ιερού κοσμούνταν με πολλά αγάλματα, αρκετές βάσεις των οποίων βρέθηκαν στην περιοχή ή εντοιχισμένες στα εξωκλήσια, και σήμερα φυλάσσονται στο Μουσείο της Θήβας. Στο δρόμο προς το άλσος υπήρχε ανάγλυφη εικόνα της Εύφημης που ήταν τροφός των Μουσών και του μυθικού ποιητή και μουσικού Λίνου. Στο ιερό υπήρχαν αγάλματα των Μουσών, έργα του Κηφισόδοτου, του Στρογγυλίωνα και του Ολυμπιοσθένη, οι οποίοι δημιούργησαν πριν το 350 π.Χ. Κατά τις ανασκαφές του ιερού των μουσών το 1890 βρέθηκαν εννιά βάθρα αγαλμάτων μουσών, στημένα αρχικά σε ενιαίο σύνταγμα, από τα οποία τα πέντε καλύτερα διατηρούμενα φέρουν χαραγμένα ισάριθμα ονόματα μουσών. Ο Παυσανίας, συνεχίζοντας τη διήγησή του, αναφέρει την ύπαρξη αγαλμάτων του Απόλλωνα του Ερμή και του Διονύσου, καθώς επίσης ποιητών ή μουσικών, όπως του Θάμυρι, του Αρίωνα και του Αργείου Σακάδα. Υπήρχαν επίσης αγάλματα της αδελφής και γυναίκας του Πτολεμαίου Β' Φιλάδελφου Αρσινόης, του γιού του Ηρακλή Τηλέφου και ένα αξιοθέατο άγαλμα του Πριάπου. Τα αγάλματα που αναφέρει ο Παυσανίας υπολογίζεται πως ήταν στημένα στον υπαίθριο χώρο μεταξύ του βωμού ή ναΐσκου των μουσών και της μακράς στοάς. Μέσα στη στοά μπορεί να είχαν ανατεθεί πολύτιμα μόνο αφιερώματα. Με εξαίρεση τα βάθρα των αγαλμάτων των μουσών, τα άλλα είχαν αφαιρεθεί προ πολλού.
Αγάλματα της Κοιλάδας των Μουσών αφαιρέθηκαν από τους Ρωμαίους, χωρίς όμως να υπάρχουν γραπτά στοιχεία. Από τον Μέγα Κωνσταντίνο αφαιρέθηκαν τα αγάλματα των Μουσών και μεταφέρθηκαν στην Κωνσταντινούπολη, για να καταστραφούν 100 χρόνια αργότερα, όταν αυτοκράτορας Αρκάδιος εξόρισε τον πατριάρχη Κωνσταντινουπόλεως, Ιωάννη Χρυσόστομο και ξεσηκώθηκε το πλήθος, το οποίο έβαλε φωτιά. Το 1660 ο Άγγλος Γουήλερ ενώ κινούνταν προς Αλίαρτο τον πρόφθασε καβαλάρης και του είπε ότι το καράβι βρισκόταν στην Αλυκή για να φορτώσει τα γλυπτά. Ο Γουήλερ του είπε να τα φορτώσουν αλλά την επόμενη εβδομάδα να στείλουν πάλι καράβι γιατί είχε και άλλα να στείλει.
Από τα σωζόμενα λείψανα και τις γραπτές μαρτυρίες συνάγεται ότι το ιερό άκμαζε από τα ελληνιστικά χρόνια και μετά. Τα καλύτερα αγάλματα των Μουσών είναι έργα του πρώτου μισού του 4ου αιώνα π.Χ. τότε που η ηγεμών της Ελλάδος Θήβα, είχε στερήσει όλα τα δικαιώματα από τις Θεσπιές. Οπωσδήποτε όμως το ιερό προϋπήρχε ήδη από την εποχή του Ησιόδου. Δεν είναι τυχαία η ανεύρεση από τον Jamot, κοντά στον βωμό, κορινθιακών αρυβάλλων και μελανόμορφων βοιωτικών σκύφων, αρχαϊκών και ίσως γεωμετρικών πήλινων ειδωλίων. Τα ευρήματα αυτό αποτελούν τις αρχαιότερες μαρτυρίες για λατρεία στην περιοχή.