Fünf Jahrhunderte lang wurde das antike Pompeji erforscht und ausgegraben. Durch die Bedeckung mit meterdicken Schichten von Vulkanasche und Tuffgestein blieben viele Artefakte der Gegend besser erhalten als anderswo, wo sie Wind und Wetter ausgesetzt waren.
Erste Zufallsfunde
1599 berichtete ein Giovanni Fiore in einem Brief von Felspartien mit Inschriften, Marmorfragmenten und Erdwällen bei Torre Annunziata, südöstlich von Neapel, die auf antike Ruinen hinweisen könnten. Es handelte sich um Zufallsfunde. Von der tief verschütteten Stadt Pompeji ahnte damals noch niemand etwas.
Schatzsuche durch Adlige
1629 legten Römische Adelige gepflasterte Straßen, Mosaike und einige Statuen frei. Sie verloren allerdings schnell das Interesse und so wurde alles wieder zugeschüttet, um die Flächen als Ackerland zu nutzen, was damals anscheinend wichtiger war als antike Straßen.
Erste systematische Grabungen
Anfang des 18. Jahrhunderts hatte ein Emmanuel Maurice de Lorraine, Herzog von Elbeuf, Ausgrabungen in Herculaneum angeordnet, um wertvolle Schaustücke für die königlichen Sammlungen zu finden. Ein 1738 dort unter dem neapolitanischen König tätiger Roque Joaquín de Alcubierre wurde auch auf die Gegend bei Pompeji und Stabiae aufmerksam und 1748 wurde er vorübergehend auch mit Grabungen bei Pompeji beauftragt. In den folgenden Jahrzehnten fand man Statuen und Schmuck. Für die ebenfalls gefundenen Wandmalereien und Inschriften wurde im nahen Portici ein Museum errichtet. Aus dieser Zeit stammt die bekannte Zeichnung von Pietro Fabris (1740–1792) von der Ausgrabung des Isistempels in Pompeji.
Entwicklung der professionellen Archäologie
Da man keine großen Reichtümer und Edelmetalle fand wurden die Grabungen um 1764 vorerst eingestellt und die Stellen wieder mit dem Abraum bedeckt.
1766 nahm Ferdinand IV. (König von Neapel, zeitweise auch König von Sizilien) die Grabungen wieder auf, diesmal mit wissenschaftlicher Dokumentation und Kartierung. 1771 legte man das Amphitheater und die umliegenden Thermalbäder frei. Wegen Kriegswirren und dem Einmarsch französischer Truppen mussten die Grabungen 1798 wieder unterbrochen werden.
1834 setzte die königliche Archäologie-Kommission (Commissione Reale di Scavo) Giuseppe Fiorelli als Leiter ein. Er teilte das Areal in quadratische Grabungsbereiche und 1863 ließ er das erste Mal Hohlräume in der Ascheschicht mit Gips ausgießen, wobei die ersten Gipsabdrücke menschlicher Körper entstanden, die beim Ausbruch des Vesuvs 79 nach Christus starben. 1879 wurde das Lupanar, das Freudenhaus Pompejis mit den erotischen Fresken entdeckt.
Anfang des 20. Jahrhunderts dokumentierte Guiseppe Spano die Fresken und Mosaike in umfangreichen Fotoarchiven. 1932 übernahm der Archäologe Amedeo Maiuri die Leitung der Grabungen und dehnte sie auch auf Herculaneum und Torre Annunziata aus. 1943 unterbrach der 2. Weltkrieg die archäologischen Arbeiten, aber schon um 1950 nahm sie Maiuri wieder auf und entdeckte unter anderem mehrere antike Privatvillen der Gegend.
UNESCO-Welterbestätte
1970 wurde Pompeji in die UNESCO-Welterbeliste aufgenommen, 1997 kamen Herculaneum und Stabiae dazu.
Im 21. Jahrhundert wird viel Wert auf Digitalisierung der Inschriften und Wandmalereien gelegt, Dokumentation einschließlich 3D-Scans, was die Möglichkeit von Virtual Reality Erlebnissen für Touristen und digitalem Zugang eröffnet. Ein besseres Besucherleitsystem soll Schäden durch die Massen an Besuchern verringern.