在新疆已知10多處佛教石窟遺址中，吐峪溝石窟遺址是新疆東部開鑿年代最早、規模最大的佛教石窟遺址群；
史書記載，吐峪溝的石窟造像最早出現在晉、十六國時期，沮渠氏家族 稱王吐魯番時，即公元443年—450年，當地佛教石窟造像盛極一時；
南北朝時期，這里是高昌王國統治者最為重視的佛教圣地；
唐代文獻《西州圖經》里曾對吐峪溝的繁榮有過生動的描述：佛塔高聳入云，橫跨溝谷東西的橋梁如彩虹臥波。遍布山間的佛窟，密密麻麻，不計其數；
吐峪溝佛教遭遇第一次劫難是在元末明初，佛教寺廟洞窟被大面積破壞。
1904年，德國人勒柯克來到吐峪溝，找到了一間封閉的石窟密室，發現了不少唐代的佛教典籍，將它們連同在柏孜克里克里發掘出的文物裝滿了200多箱，和其他一些“驚人的刺繡”，一并運回了柏林；
日本人橫瑞超和野村榮三郎也在吐峪溝“收獲頗豐”；
英國人斯坦因幾次來新疆探險，同樣沒有放過吐峪溝；
1916年，吐魯番地區發生大地震，?的吐峪溝石窟頃刻間灰飛煙滅，被永遠深埋在歲月的塵埃中；
中華人民共和國成立后，國家曾在1952年、1961年兩次組織專家到吐峪溝考察，隨后實施了維修、加固、看管等一系列保護措施，但未進行過發掘；于2010年春、秋季和2011年春季，對吐峪溝石窟進行了保護性發掘；
2010年春季發掘的區域為 溝東區北部石窟群 和 一處地面佛寺，秋季發掘區域為 溝西區北部，2011年春季發掘區域主要集中在 溝西北區；發掘總面積超過3000平方米，新發現壁畫面積200多平方米；
此次發掘發現，石窟是當時所建寺院的一個重要組成部分，后來寺院被毀，留下了洞窟；
在 溝東區北部窟群遺址發掘中，考古人員清理洞窟56處，包括：禮拜窟、禪窟、僧房窟以及其他配套生活設施等；
最重要的發現是一處塔殿遺址；
在多處洞窟前還清理出門道、臺階等重要遺跡，并發現多處洞窟改建、維修等跡象；
在 溝西北部發掘 的一組石窟中，在一僧房窟壁上，考古人員發現了一處目前已知面積最大的回鶻文題記；
最讓考古人員感到興奮的是，在此次考古發掘中，他們發現了200多平方米的壁畫和數以千計的文書殘片；
據參加發掘的考古人員介紹，這些壁畫非常精美，風格與河西、于闐等地明顯不同，顯示出較早的時代特征；
壁畫題材也是前所未見，具有較強的地域特色，尤其是一排10個的立像及立像中間加壁合龕等，都是罕見的發現；
在出土的文書中，包括漢文、粟特文、藏文、回鶻文、婆羅迷文等多種文字；有佛經寫本、世俗文書和古書注本等；部分文書保存完整，帶有卷軸，并有紀年題記；從文書字體的風格上看，最早的為公元4世紀-5世紀。
吐峪溝石窟的發掘，是近年來中國石窟寺考古的重要成果，因為還沒有一個石窟寺出土如此多的文物，解決這么多學術問題。
因此，吐峪溝石窟遺址亦當選中國社會科學院公布的“2010年中國六大考古新發現”之一；
由于吐峪溝石窟寺遺址包含：吐峪溝石窟、蘇貝希石窟、蘇貝希墓地、霍加木麻扎、古代民居，以及祅教、摩尼教遺跡和墓葬，內容豐富，專家學者們建議，將這些文物單位進行統一科學規劃管理；
北京大學考古文博學院教授陳凌向記者證實，2016年4月，他們在新疆吐魯番吐峪溝石窟考古發掘中發現回鶻高昌新壁畫；新發現的壁畫之精美、繪畫技藝之高，不僅在吐魯番，甚至在全國都不多見；
這充分說明，在回鶻高昌時期，吐峪溝仍然保持著王家佛教寺院的重要地位；
吐峪溝石窟中發現了目前所知最早的漢文佛經寫本——《諸法要集經》
無意間發現腳下有一段常人難以察覺的白線，僅2米左右；
最終討論的結果是，溝西崖體下方可能埋藏著建筑遺址，這道白線就是古代佛教洞窟的白灰地面；
2016年4月，再次開始發掘吐峪溝西岸崖體下的這段白線，隨著崖體倒塌下來的石塊、泥土一鍬鍬地被鏟去，土坯塊開始露頭；
考古隊員發現，這確實是一處被崩毀的山體掩埋的建筑遺址；
當墻壁上菩薩頭上精美的頭光、發髻ji一個接一個出現的時候，一切都明白了，這里確鑿無疑是一組佛堂建筑；佛堂的頂部早已被崩塌的山體壓毀，四壁大部分完整地保存了下來，殘存的壁畫面積超過30平方米；
佛堂正中立著一座方形的像臺，佛堂正壁佛像須彌座兩側繪制高大的男女供養人，金裝的華貴服飾顯示，他們是回鶻貴族；
兩側壁繪制上下兩排形態各異的菩薩像，菩薩駕座蓮臺，體態豐腴，神態慈祥；
門道兩側也繪有足踏神獸或法器的神像，衣冠服飾極其華美；
佛堂南側還殘存著一組形制復雜的僧房洞窟，顯示出吐峪溝石窟特有的風格類型。
陳凌推測，佛堂的北側原來也有建筑，但現在已經完全被毀了；
……
2015年新年剛過，新疆吐魯番地區文物局傳來好消息：最早《大唐西域記》殘卷寫本就是在新疆吐魯番地區吐峪溝考古發現的一件；
寫本是指成書時手寫形式流傳的古籍，以此區別于刻本；
這件殘卷寫本1981年出土于吐峪溝石窟，是目前學術界所知數十種《大唐西域記》中年代最早的寫本；
在此寫本發現之前，年代較早的古本為敦煌寫本，存卷一、卷二、卷三，都是殘卷，書法非出一人之手，不是同一寫本；
其中卷一、卷三藏大英博物館，卷二藏巴黎國家圖書館；此外還有日本東寺觀智院所藏北宋刻本；
漢文抄寫的《維摩詰所說經——佛國品第一》，文書背面寫有回鶻文，具體內容和年代有待專家解讀；
