1923年法国神父在离泥河湾不远的山沟里意外捡到了一些化石，在发现古老化石上的砍砸痕迹后，于是把这些化石交给通晓考古的神父桑志华。同时在燕京大学教授地质学的英国人巴尔博也来到泥河湾收集地质资料，在这里发现了距今久远的哺乳类脊椎动物化石，之后将发现化石的底层命名为泥河湾层。桑志华在收到化石并知道巴尔博发现化石的消息后，与法国地质学家德日进一同来到泥河湾，但未曾发现人类活动遗迹。
建国后，我国考古工作人员王择义、盖培、卫奇等对泥河湾进行为期3年详细的考察、发掘工作。于虎头梁发现一处史前遗址，随后开展的正式发掘中，出土很多石器，动物骨头，9个史前人类晚期活动的遗迹点。
1957年河北省阳原县侯家窑村的村民从村西南的梨益狗挖土楼公卖钱，中科院古脊椎动物研究院研究院卫奇在听到消息后，奔赴当地开展发掘工作，发现了大量化石，古人类化石（2个古人类头盖骨，1个小孩臼齿）和活动遗迹。曾发掘出北京猿人头盖骨的考古学家贾兰坡评价此次发掘“这是继北京周口店发现北京人头盖骨之后中国史前人类考古的又一次重大发现。”
1977、1979年先后两次又进行大规模发掘，三次发掘共发现化石16件。
