L'histoire des recherches effectuées sur l'agglomération antique débute par l'Histoire du Berry rédigée en 1566 par Jean Chaumeau. Celui-ci décrit les structures encore visibles dans le paysage. Il mentionne aussi les découvertes de mobilier antique durant la mise en culture des terres et des plantations de vignes, sur les Mas des Mersans, du Virou et des Douces. L'identification du site se transmettra d'un érudit à l'autre pendant les XVIIe et XVIIIe siècles. Mais les recherches sur le terrain ne commenceront qu'au XIXe siècle.
En 1820, le préfet de l'Indre fait exécuter les premières fouilles dans le théâtre. Rapidement interrompues et remblayées, elles laissent cependant apparent le mur circulaire qui sera représenté en 1882 sur une gravure publiée par L. A. de La Tramblais.

Vers 1905, une nécropole au « Champ de l'Image » ou Clos Saint-Anastase est explorée par le propriétaire du terrain, M. de Champeaux. Le matériel exhumé, stèles, coffres, vases, etc., est dispersé, à l'exception de cinq stèles et de quelques figurines qui sont confiées au musée de Bourges. Par la suite, A. Carrat rédige une notice montrant l'importance du site ce qui ne parvient à susciter ni recherche, ni mesure de protection. Durant toute cette période, personne n'enregistre les découvertes fortuites qui se multiplient lors de l'extension de l'habitat à l'extérieur du bourg médiéval. À deux reprises cependant, en 1951 et 1953, F. Eygun, alors directeur des Antiquités de la région, réclame en vain le classement de l’amphithéâtre.

Il faut attendre la décennie 1960 1970 pour que survienne une nouvelle phase de l'histoire du site : l'intérêt qu'il a toujours suscité va dès lors prendre des formes officielles qui permettront de le protéger et de faire progresser les connaissances. En 1962, est créée 1'Association pour la Sauvegarde du Site Archéologique d'Argentomagus qui entreprend de rassembler la documentation existante et installe en 1966 deux salles d'exposition qui seront le noyau du futur musée archéologique.
Au même moment, des projets de lotissement à l'emplacement du théâtre, sur le plateau des Mersans et au « Champ de l'Image » rendent indispensable le creusement de tranchées de reconnaissance. L'intérêt des vestiges découverts va déterminer l'abandon du programme immobilier. Sur le site, classé réserve archéologique, débutent alors des fouilles programmées qui se dérouleront au lieu-dit « Le Virou » dans le théâtre de 1966 à 1973 sous la direction de G.-C. Picard, directeur des Antiquités historiques, et sur le plateau des Mersans de 1965 à 1979 sous le contrôle du Dr J. Allain, directeur des Antiquités préhistoriques. En 1982, la suite des recherches est assurée par deux nouvelles équipes. Sur le plateau des Mersans, G. Coulon, ancien conservateur du musée, commencera la fouille du temple 3, puis dirigera le sauvetage entrepris à l'emplacement du Musée archéologique de 1983 à 1988. En effet, une prospection géophysique avait été réalisée en 1983 sur des parcelles visées par les fouilles de sauvetage préalables à la construction du musée. Apparemment négatifs, les résultats n’ont pas donné lieu à un rapport, et les premières excavations mécaniques pour la construction de l’édifice ont finalement mis au jour d’imposants vestiges maçonnées. Elles permirent de mettre au jour quantité de vestiges de taille imposante en très bon état de conservation. Ces cinq années de fouilles de sauvetage, portant initialement sur une surface de 1200 m² (emprise du musée) puis étendue à 1600 m², révélèrent l’existence de deux îlots au carrefour de deux rues, l’une orientée nord-sud et l’autre est-ouest.

F. Dumasy, professeur à Paris Panthéon-Sorbonne, mènera à son terme la fouille du théâtre avant de lancer un premier programme en 1989 portant sur l'une des principales rues du centre monumental et ses abords, puis en 1997, elle en mena un second sur l’insula B située à proximité jusqu’en 2002. Dans les années 1990, le site a fait l’objet de quelques opérations d’archéologie préventive (la fontaine, le sanctuaire, etc.), menées pour la plupart en préalable aux restaurations des monuments classés par l’Afan puis l’Inrap. Par ailleurs, des fouilles préventives menées à l'emplacement présumé du rempart celtique ont permis d'affirmer la présence d'un murus gallicus, surmonté d’un rempart massif de type Fécamp, tout en invitant à revisiter le tracé proposé jusqu'ici.

Depuis 2004, un nouveau programme de fouille programmée a été lancé sous la direction de S. Sindonino (Inrap), en périphérie nord des vestiges du centre monumental, permettant ainsi de mettre en évidence un nouveau temple au nord du centre monumental et les vestiges d’une basilique située au nord de la rue est-ouest.

Depuis 2006, les prospections ont été d’une grande importance. Deux campagnes de prospection géophysique ont permis de dresser une carte des structures encore enfouies sur le plateau des Mersans. Elles nous permettent aujourd’hui d’orienter nos problématiques et d’affiner notre stratégie de fouille.

En 2009, dans le cadre d’un projet de restructuration du musée (nouvelle sortie et façades), la tâche d’encadrement de fouille programmée a été confiée au PCR d’Argentomagus (coordonné par F. Dumasy). Des sondages ont donc été effectués en périphérie ouest du bâtiment sous la direction d’A. Marchadier (ASSAAM). Ces ouvertures ont permis de revenir sur une zone investie durant la première moitié des années 1980 sous le musée. Certaines imprécisions subsistaient alors sur la localisation et l’identification des vestiges. C’est dans ce secteur que les fouilles ont repris depuis 2012, à l’emplacement du fossé de l’oppidum.