1999年四川省文物考古研究所對羅家壩遺址實施了第一次考古發掘。共清理墓葬6座、灰坑19座、房屋基址1座，出土各類文物及標本100多件，主要為新石器時代晚期遺存與東周時期遺存。

羅家壩遺址航拍羅家壩遺址博物館供圖

2003年3月至7月，四川省文物考古研究所對羅家壩遺址實施了第二次考古發掘。這次發掘發現了迄今為止羅家壩遺址等級最高的墓葬——M33號墓，出土了大型青銅禮器、青銅兵器、彩繪陶器和巴人印章等珍貴文物200多件，其規模之大，出土器物數量之多、種類之豐富、等級之高，在西南地區春秋晚期至戰國早中期的巴文化區域內是首屈一指的。這一發現也使羅家壩遺址受到了社會的廣泛關注。

2007年6月至2008年1月，對羅家壩遺址的第三次考古發掘，實現了“八個首次重大發現”：發現了“船棺葬”、俯身葬、“人殉”、陶器獨特“符號”、“木盾”痕跡、“三棺合葬”、用人頭作“犧牲”、“鳳鳥圖案”紋飾等。

2015年12月至2016年6月，對羅家壩遺址進行的第四次考古發掘，首次發現連續堆積的新石器時代晚期文化遺存，也是目前川東北地區發現的堆積最厚、延續時間最長的新石器時代遺存，對於構建川東北地區新石器時代文化序列具有重要意義。

2019年11月至2020年12月，先後對羅家壩遺址進行了第五、第六次考古發掘，清理戰國時期墓葬60餘座，出土青銅器、陶器、玉石骨器等各類器物1000餘件。其中M71、M83號墓是近年來新發現的僅次於M33號墓的較大型墓葬，隨葬的大量龜甲、鹿角等與巫術相關的器物以及造型精美的青銅腰帶，彰顯出重大的考古價值。