1934年罗布泊的诡异事件，瑞典考古学者贝格曼首先对这个墓地进行了初步的发掘罗布泊的诡异事件，贝格曼在这里发现了他认为是“世界上保存最完好的木乃伊”。1939年，他在斯德哥尔摩发表的《新疆考古研究》一书，对他在小河流域考古调查及发掘工作进行了详细的介绍。小河墓地宏大的规模、奇特的葬制、以及所蕴含的丰富的罗布泊早期文明的信息，引起了世界各地学者的广泛关注。
2000年底，新疆文物考古研究所王炳华研究员成为首位发现小河墓地的中国考古学者。2002年底，新疆考古人员对小河墓地进行了试掘。2003年10月，小河墓地的全面发掘项目经国家文物局批准正式启动。
考古人员对墓地西区上部两层遗存进行了全面揭露，发掘墓葬33座，其中成人墓25座、儿童墓8座，获服饰保存完好的干尸15具、男性木尸1具、罕见的干尸与木尸相结合的尸体1具，发现两组重要的祭祀遗存，发掘和采集文物近千件，不少文物举世罕见。
在墓地，考古人员还发现了象征男根和女阴的立木、高大的木雕人像、小型的木雕人面像；雕刻有花纹的木箭、冥弓、木祖、麻黄束、涂红牛头、蛇形木杆、木构上嵌铜片、木器上相同数目的刻划纹等等。