1924年9月，法国古生物学家德日进和桑志华在考察内蒙古萨拉乌苏的返回途中来到张家口，会同美国地质学家巴尔博在泥河湾进行了短暂的地质考察。
1957年，考古学者观察了“北京人”制作石器已很进步，能使用和控制火，因而推断说，距今五六十万年前的“北京人”绝不是最早的人类，“北京人”不是第一。这次细小石器的发现，确证“泥河湾期的地层才是最早人类的脚踏地”，于是贾兰坡院士认为，在160万年前，就有如此进步的石器，证明人类起源比过去的认识要早得多，说400万年前有了人类并非夸张。
1988年4月23日，泥河湾对外开放，应中科院邀请，美国加利福尼亚大学的学者前来考察，拉开了泥河湾开放的步伐。
1990年，经国务院的批准，由克拉克教授领军组织的中美合作泥河湾考古项目，成为建国以来的笫一个中外合作考古项目。至此，已接待了30多个国家和地区的500多名学者和专家，发表了有关泥河湾的论文700多篇。
1994年地质学家和古生物学家，在泥河湾盆地小长梁遗址发现了大量的世界上最早的细小石器。这些石器都比较小，大多重在5至10克之间，最小的不足1克。可分为尖状器、刮削器、雕刻器和锥形器等类型，共约2000件。这些石器经过古地磁专家的测定，证明距今约有160万年。
1995年8月至1998年9月，在以往发掘的基础上，河北省文物研究所和北京大学考古系合作发掘，在于家沟遗址找到了华北地区极为难得的更新世末至全新世中期的地层剖面和文化剖面，该项发掘入选1998年度“全国十大考古新发现”。
1996年6至8月，美国印第安大学和河北省文物研究所等单位组成的中美联合考古队，对泥河湾遗址也进行过为期两个月的发掘研究工作，获得了一大批较为珍贵的动物化石和旧石器等实物资料，进一步证实泥河湾盆地是中国人类起源的摇篮，是古人类发祥地之一，是一座有待深入研究、开发利用的巨大科学宝库和世界文化遗产。
2001年马圈沟遗址的发掘，首次发现了距今约200万年前人类进餐的遗迹，这是迄今为止我国发现的最早的人类起源地。泥河湾向人们昭示：人类不仅从东非的奥杜维峡谷走来，也有可能从中国的泥河湾走来。
2001年3月入选“中国20世纪100项考古大发现”，被国务院列为全国重点文物保护单位。
2001年10月，在泥河湾马圈沟遗址发现了层位最低、时代最早的遗址，发掘出的几百件石制品、动物骨骼，将泥河湾盆地旧石器的年代向前推进了数十万年，达到距今200万年左右。鉴于泥河湾遗址在史前文化中具有的重要地位和价值。
2002年初，泥河湾地质遗迹晋升为国家级自然保护区。
2014年8月24日，由河北省泥河湾管理处组织的泥河湾考古发掘工作取得重要进展，首次发掘出一个较完整的象头化石。发掘出的象头化石微微向上仰起，一根象牙化石较完整，长1.5米，另一根象牙前方有残缺，长度1.2米，象的臼齿化石清晰可见。象头化石埋藏在河流相的沙层中，已经过搬运，推断象头化石应该是经长年雨水冲刷而滑落至此。到底是百万年的猛犸象头化石，还是南方象演变后的象头化石，还需专家进一步研究认证。
