Di chỉ Khảo cổ học văn hóa Đông Sơn gồm 2 khu vực chính là ven bờ nam sông Mã và trong làng cổ Đông Sơn (nay thuộc phường Hàm Rồng). Bộ Văn hóa - Thông tin (nay là Bộ Văn hóa Thể thao & Du lịch) đã công nhận khu vực di chỉ này là di tích cấp Quốc gia theo quyết định số 315-VH/VP ngày 28/4/1962, bao gồm: Khu vực núi Đông Sơn và từ núi ra đến bờ sông Mã, từ cầu Hàm Rồng vào thôn Đông Sơn thuộc xã Đông Giang (nay là phường Hàm Rồng).

 Di chỉ được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1924 do một sự ngẫu nhiên tình cờ của người nông dân Nguyễn Văn Nắm ở làng Đông Sơn, trong lúc đào giun để câu cá ngoài bờ sông Mã, đã tình cờ phát hiện ra một nhóm đồ đồng do đất sông lở làm lộ ra. Kể từ đó cho tới nay khu di tích khảo cổ văn hóa Đông Sơn được tiến hành khai quật 07 lần chính thức và nhiều lần điều tra thám sát. Cuộc khai quật lần đầu tiên do L.Pajot - một viên thuế quan người pháp. L.pajot đã tiến hành khai quật tại khu di chỉ văn hóa Đông Sơn trong khoảng thời gian từ năm 1924 đến 1932. Qua các đợt khai quật Pajot đã thu được nhiều đồ đồng, đồ

đá, đồ gốm, đồ sắt, một số mộ táng và vết tích nhà sàn... Tiếp theo là nhà khai quật khảo cổ người Thụy Điển là O.Janse đã tiến hành ba cuộc khai quật tại di chỉ Đông Sơn trong các năm từ 1935 đến 1939. Năm 1961 -1962, để phục vụ cho công tác nghiên cứu thời đại Đồng thau, Đội khảo cổ (tiền thân của Viện khảo cổ học) đã lần đầu tiên đến khai quật tại khu di chỉ văn hóa Đông Sơn. Năm 1969-1970 di chỉ Đông Sơn lại được tiếp tục khai quật lần thứ tư. Đợt khai quật lần này ở nhiều địa điểm khác nhau đã đem lại những giá trị hết sức to lớn phục vụ cho nghiên cứu thời Hùng Vương dựng nước. Năm 1976 cuộc khai quật lần thứ năm được tiến hành làm hai đợt do Viện khảo cổ chủ trì, kết quả của cuộc khai quật lần này đã khẳng định và làm rõ thêm địa tầng và các lớp mộ đã phát hiện trong năm 1969-1970. Năm 2003 để chuẩn bị cho các hoạt động tiến tới kỷ niệm 80 năm phát hiện nghiên cứu văn hóa Đông Sơn (1924-2004), Sở Văn hóa Thông tin Thanh Hóa đã phối hợp với Khoa sử Trường Đại học Khoa học Xã hội nhân văn Quốc gia tiến hành điều tra khai quật di chỉ khảo cổ học Đông Sơn lần thứ VI. Mục đích của cuộc điều tra khai quật lần VI năm 2003 là nhằm quy hoạch, khoanh vùng bảo vệ và phát huy giá trị của di tích khảo cổ học Đông Sơn. Mặt khác yêu cầu của lần khai quật này còn nhằm tìm một vị trí thuận lợi để xây dựng trưng bày hố khai quật giới thiệu di chỉ khảo cổ học Đông Sơn trong dịp diễn ra hội nghị 80 năm. Sau quá trình khảo sát điều tra và đào thăm dò, đoàn khai quật đã quyết định mở hố khai quật tại khu vực Vườn chùa làng Đông Sơn. Vị trí hố khai quật lần này cách hố khai quật ở Cửa Lũy năm 1970 về phía Tây nam 300m. Diện tích hố khai quật là 21m² (7x3). Mặc dù diện tích khai quật không lớn nhưng kết quả rất khả quan, địa tầng hố khai quật ổn định không bị xáo trộn. Các lớp văn hóa phân biệt được giai đoạn văn hóa Đông Sơn tiếp xúc Hán, giai đoạn Đông Sơn trước khi tiếp xúc Hán và giai đoạn tiền Đông Sơn. Đặc biệt trong lớp đất sát tầng sinh thổ đã phát hiện lớp mộ sớm tương tự ở các hố đợt khai quật 1969-1970 và năm 1976. Như vậy hố khai quật năm 2003 đã đem lại một nhận thức mới về di chỉ Đông Sơn khu vực trong làng. Nếu như truớc đây O. Janse khi khai quật trong làng Đông Sơn chỉ giới hạn niên đại sớm nhất vào thời Tống (thế kỷ X-XI). Cuộc khai quật 1969-1970 cũng chỉ dừng lại ở mức độ nhận định khu di chỉ trong làng Đông Sơn có niên đại phân biệt được giai đoạn Đông Sơn trước khi tiếp xúc với Hán. Kết quả chỉnh lý sơ bộ hố khai quật đợt VI đã cho chúng ta biết một giai đoạn văn hóa Tiền Đông sơn ở khu vực trong làng là rất rõ nét. Trong lớp đất văn hóa thứ IV gốm giai đoạn văn hóa Quỳ Chữ đã rất rõ rệt. Chỉ trong vòng 21m² của lớp đất sét vàng xám (0,15-0,20) sát sinh thổ chúng ta đã phát hiện ít nhất dấu vết 8 mộ sớm (tương đương nhóm mộ I ở hố khai quật số VII đợt 1976). Theo phân tích của PGS-TS khảo cổ  Phạm Minh Huyền (Viện khảo cổ học Việt Nam) các mộ ở hố khai quật Vườn chùa 2003 có dạng mộ quây đá, mộ đất. Hố khai quật di chỉ Đông Sơn trong làng năm 2003 đã cho chúng ta có sự đánh giá lại những gì trước đây chúng ta quan niệm về di tích khảo cổ Đông sơn khu vực trong làng. Tầng văn hóa khảo cổ không hề mỏng mà tương đối dày, trung bình 1m50. Điều đặc biệt là khu di chỉ trong làng Đông sơn cũng là khu di chỉ cư trú và mộ táng đồng tính chất như khu vực ngoài bờ sông mã. Khu vực di chỉ khảo cổ có diện tích rộng hàng ngàn m² lại nằm ở khu vực vườn chùa, sân kho hợp tác của làng Đông Sơn là địa điểm lý tưởng để khoanh  vùng bảo vệ, nghiên cứu lâu dài. Di tích khảo cổ học Đông Sơn qua 07 lần khai quật chính thức và nhiều lần điều tra thám sát đã đem lại một khối tư liệu phong phú về các loại hình di tích từ di tích cư trú (nhà sàn, bếp đun…) cho đến di tích mộ táng, thu được hàng vạn hiện vật độc đáo từ những trống đồng Đông Sơn biểu trưng của thủ lĩnh vùng cho đến những hòn chì lưới của những người nông dân đánh cá, hiện vật của nhiều vùng miền khác nhau...  Đây chính là vùng đất trung tâm của Văn minh lưu vực sông Mã thời kỳ Hùng Vương. Đông Sơn là địa điểm đầu tiên tìm ra dấu vết của một nền văn hóa đồ đồng rực rỡ, nên danh từ Đông Sơn đã trở thành một thuật ngữ khảo cổ học cho cả nước và thế giới. Ngoài ra, làng Đông Sơn còn có rất nhiều các di tích lịch sử văn hóa như đền thờ Lê Uy, chùa Phạm Thông, văn  chỉ thờ Khổng tử, từ đường các dòng họ và các ngôi nhà cổ (có tuổi gần 200 năm) của cư dân Đông Sơn, tiêu biểu như nhà của ông Lương Trọng Duệ... Toàn bộ những giá trị lớn lao về mặt lịch sử, văn hóa (vật chất, tinh thần) di chỉ khảo cổ học Đông Sơn thuộc làng cổ Đông Sơn trở thành điểm tham quan du lịch hấp dẫn với du khách thập phương.