三星堆遺址發現後，於1934年華西大學葛維漢、林名均等在三星堆遺址首次拉開了考古發掘的序幕；1963年四川省博物館和四川大學聯合對三星堆遺址進行了發掘工作；1980年以來，四川省博物館、四川省文物管理委員會、四川省文物考古研究所、四川大學歷史系與廣漢市文化部門合作，又對三星堆遺址進行了十餘次的試掘和發掘工作，前後共揭露文化遺存約4000餘平方米，試掘城牆夯土1000餘平方米。比較重要的有1980?986年三星堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區的發掘；1986年三星堆Ⅱ區兩個祭祀坑的發掘；1988\1989年東城牆的發掘；1991\1992年西城牆的發掘；1995年南城牆的發掘：1997年11月?998年5月仁勝村土坑墓的發掘等。
現已基本查明，三星堆遺址包含著兩種文化面貌不盡相同、且又有前後承繼關係的遺存：一種是三星堆早期遺存，或稱三星堆遺址一期文化，其相對年代大約在中原地區的龍山時代；另一種是三星堆晚期遺存，即三星堆二至四期文化，或叫三星堆遺址上層文化，其相對年代大致在夏至商末周初或更晚。
以三星堆遺址為代表的早期遺存，在四川盆地內有廣泛的分布。綿陽邊堆山、巴中月亮岩、通江擂鼓寨、漢源獅子山等處遺址，都屬於這一時期的遺存。在成都平原還發現了相當於三星堆一期的遺址，其中有新津？龍馬寶墩遺址、都江堰市青城鄉芒城遺址、溫江縣萬春鄉魚鳧城遺址、崇州市雙河古城遺址等，這些遺存已被命名為“寶墩文化”。在這些遺址內都發現了夯土城牆，城址規模較大，面積在20?0萬平方米左右。這些古城的發現，說明在三星堆一期，蜀人正由原始公社向文明社會過渡，出現了大小城邦組織，為後來出現高度發達的夏商時代三星堆古蜀文明奠定了基礎。
以三星堆二至四期為代表的晚期遺存，除在盆地內以成都平原為中心的地區有較為廣泛的分布外，在川北的嘉陵江、川西南的青衣江、大渡河流域也有分布。另外，在三峽地區的商周遺存中也見較為強烈的三星堆文化因素。在陝南漢中地區、鄂西地區，也受到三星堆文化的影響。
