Im Lauf der Jahrhunderte war die exakte Kenntnis der Lage des verschütteten Herculaneum verloren gegangen, dessen Reste im Mittelalter durch das Städtchen Resina (das erst seit 1969 Ercolano heißt) teilweise überbaut wurden. Man hatte zwar schon im 16. Jahrhundert einige Skulpturen und Inschriften gefunden, doch erst 1710 stieß ein Bauer zufällig beim Ausschachten eines Brunnens auf die Reste des Theaters von Herculaneum. Das Areal wurde von Emanuel-Maurice von Lothringen, Prince d’Elboeuf, angekauft, einem verbannten französischen Aristokraten, der als Befehlshaber der österreichischen Armee in Neapel stationiert war. In den folgenden Monaten ließ er auf eigene Kosten Ausgrabungen durch Stollenvortrieb vornehmen. Bei diesen Ausgrabungen wurden neun Statuen entdeckt, darunter die „Große“ und die zwei „Kleinen Herkulanerinnen“, die d’Elboeuf dem Prinzen Eugen in Wien schenkte. Ab 1738 ließ Karl von Bourbon, König von Neapel, systematische Ausgrabungen durchführen. Am 11. Dezember fand man eine Inschrift über das „Theatrum Herculanense“, was die Vermutung des Marchese Don Marcello Venuti untermauerte, dass in der Erde Reste einer Stadt liegen mussten. Man begann damit, im Theater und an anderen Stellen zunächst Schächte bis zum antiken Straßenniveau abzuteufen und anschließend je nach Reichtum an Fundstücken enge Stollen voranzutreiben. Die Ausgrabung erfolgte unter Leitung und Aufsicht des neapolitanischen Militärs. Besonders wertvolle Stücke wurden in einem Flügel der königlichen Residenz in Portici aufgestellt, wo ab 1758 das Museo Ercolanese untergebracht war. 1750 war die Villa dei Papiri entdeckt worden, was der Grabungsbegeisterung neuen Schwung verlieh. Von 1750 bis 1761 und 1764/65 wurden unter hauptsächlicher Leitung von Karl Weber, einem Schweizer Militär-Ingenieur, systematische Grabungen auf dem Gelände der Villa und der sogenannten Basilika durchgeführt. Weber fertigte auch genaue Pläne an, die es heute ermöglichen, den Verlauf der Grabung und Fundorte einzelner Werke zu identifizieren. 1765 erzwang der Austritt von Gas in den Stollen einen Abbruch der Arbeiten und das Versiegeln der Zugänge. Die Arbeiten wurden erst 1828 durch Franz I. von Bourbon wieder aufgenommen, jetzt aber erstmals im Tagebau. Auf einem vom Staat erworbenen 900 m² großen Areal wurden die Ausgrabungen unter Leitung des Architekten Carlo Bonucci bis 1855 fortgeführt. Fortgesetzt wurden sie mit Unterstützung des italienischen Königs Viktor Emanuel II. in den Jahren 1869 bis 1875, in denen unter großen Mühen in einem kleinen Teil des Grabungsgebiets die gesamte vulkanische Deckschicht abgetragen wurde.Wegen der erheblichen Kosten des Abräumens scheiterten in der Folge Versuche, die Grabungen wieder aufzunehmen. Erst im Jahr 1924 begann unter Leitung von Amedeo Maiuri die nächste Grabungsphase, die mit kurzen Unterbrechungen bis heute andauert. Erschwert wird eine vollständige Ausgrabung durch die moderne Überbauung. Unter Maiuri war ein Gebiet von neun Hektar enteignet worden, die weitere Ausdehnung des Grabungsgebiets in nördlicher Richtung stößt an die Bebauungsgrenze von Ercolano.In den letzten zwanzig Jahren, von 1982 bis 1988 unter der Leitung der US-amerikanischen Archäologin Sara C. Bisel, wurde insbesondere das Gebiet des antiken Hafens und Strandes ausgegraben, wobei in den Bootshäusern eine große Zahl von Skeletten gefunden wurde, ein Fund, der zu einer genauen paläopathologischen und paläodemografischen Analyse eines repräsentativen, gleichzeitig verstorbenen Bevölkerungsquerschnitts einer antiken Stadt Gelegenheit gab.In den Jahren 1996 bis 1998 wurden im Bereich der Villa dei Papiri Ausgrabungen unter freiem Himmel gemacht, bei denen bis dato unbekannte Untergeschosse der Villa gefunden wurden.