此後，樓蘭遺址的造訪者就再也沒有停止過。
1906年，米蘭遺址在樓蘭被發現，發現者是英國考古學家斯坦因，他把樓蘭遺址編了號碼，樓蘭古文明的全貌第一次展現。此外，兩具樓蘭男性頭骨被斯坦因發掘出來，隨後英國人類學家基恩研究確定他們是歐洲白種人。
1908年，日本大穀光瑞考察隊桔瑞超的樓蘭之行，發現了《李柏文書》。這是一封由時任涼西城長史的李柏寫給焉耆國王的書信，是研究中原政府經營西域的首份資料。
1927年，斯文·赫定率領中瑞西北考察團來到樓蘭，中國的考察隊員是考古學家黃文弼和地理學家陳宗器，這是中國科學家首次進入樓蘭。瑞典隊員伯格曼這次考察中在孔雀河的一個支流（又稱小河）發現了大批樓蘭古物，其中包括一具女性木乃伊，她衣著華麗，得名“樓蘭女王”。
1979年，新中國對樓蘭的探險引起世界轟動。新疆社會科學院考古考察隊1深人羅布泊地區，經三次的艱難跋涉和大規模的考古後，太陽墓和海頭古城、瓦石峽古城等大量古跡現身於世人眼前。
在曆史上，西域共有36個國家，樓蘭隻是其中一個，《漢書·西域傳》對此有記載，晉時期著名高僧法顯和唐朝的高僧玄奘也曾在他們的遊記中寫過樓蘭古城。《漢書·西域傳》這樣描述道：“鄯善國，本名樓蘭，王治扡泥城，去陽關1600裏，去長安6100裏。戶千1570人口44100。”與法顯隻記述了樓蘭的宗教小乘佛教相比，玄奘的遊記更為概括：
“從此東北行千餘裏，至納縛波故國，即樓蘭地也。”
樓蘭古城遺址的具體位置在今天的新疆巴音郭愣蒙古族自治州若羌縣的孔雀河下遊三角洲南部，羅布泊西北岸，庫爾勒市的340千米處。在軍區測繪大隊的幫助下，考察隊於20世紀70年代後期繪製出了樓蘭古城地形圖，古樓蘭城的精確位置被測出：東經89度55分12秒，北緯40度30分57秒。
人們在樓蘭遺址發現了四條幹涸的河床，遺址位於第四條大河床的兩條分叉之間，屬維吾爾語中的雅丹地形，即壟槽地形，是幹旱區的湖積或衝積平原經長期風蝕而形成的，地麵高低不平，支離破碎。
這是一片廣袤的遺址，已挖掘出來的’方形城垣麵積達10824平方米，“鹽澤”羅布泊位於它的東麵。曾是碧波萬頃的羅布泊，麵積為12000平方千米，是當時中國西北幹旱地區最大的湖泊，直到20世紀初它的湖麵還是500平方千米，但在1972年幹涸了。
幹涸以前的羅布泊，大片的胡楊林沿岸飄搖。羅布泊的支流是塔裏木河與孔雀河，它們自西向東流經樓蘭，沿岸水草豐美、田地肥沃，是一代代樓蘭人的母親河。
新石器時代，羅布泊有了第一代居民，他們靠漁獵和遊牧維持生計。考古學家在樓蘭發掘出4多年前的墓葬，據此，他們推斷出樓蘭的曆史：距今約4000年左右的那段時期，這裏存在著原始歐洲人種，他們依靠遊牧為生，但在死去幾個人後，他們也跟著消失了。此後的2000多年時間裏，找不到樓蘭的一點兒痕跡，史書中也沒有任何記載。
“樓蘭”這個名字最早出現在《史記》中。據《史記·匈奴列傳》，大約在公元前300年，樓蘭人有了自己的國家，統治者是月氏。公元前177年至前176年，月氏被匈奴打敗，樓蘭開始受匈奴統治。
樓蘭城是早期樓蘭王國的政治、經濟、文化中心，它東達敦煌，西北到焉耆、尉犁，西南到若羌、且末。地理位置優越的樓蘭城是當時亞洲最重要的交：通重鎮，對東西方文化交流做出了傑出的貢獻。西漢時期，漢朝和匈奴為了搶占樓蘭，戰爭打了七八十年，樓蘭地理位置的重要性由此可見一斑。動蕩局勢中的樓蘭左右搖擺，許多漢代使節被其殺害。公元前77年，樓蘭國王被西漢平篇樂監傅介子殺掉，其弟被大漢扶上王位，改換都城，更名為鄯善國。