此后，楼兰遗址的造访者就再也没有停止过。
1906年，米兰遗址在楼兰被发现，发现者是英国考古学家斯坦因，他把楼兰遗址编了号码，楼兰古文明的全貌第一次展现。此外，两具楼兰男性头骨被斯坦因发掘出来，随后英国人类学家基恩研究确定他们是欧洲白种人。
1908年，日本大谷光瑞考察队桔瑞超的楼兰之行，发现了《李柏文书》。这是一封由时任凉西城长史的李柏写给焉耆国王的书信，是研究中原政府经营西域的首份资料。
1927年，斯文·赫定率领中瑞西北考察团来到楼兰，中国的考察队员是考古学家黄文弼和地理学家陈宗器，这是中国科学家首次进入楼兰。瑞典队员伯格曼这次考察中在孔雀河的一个支流（又称小河）发现了大批楼兰古物，其中包括一具女性木乃伊，她衣着华丽，得名“楼兰女王”。
1979年，新中国对楼兰的探险引起世界轰动。新疆社会科学院考古考察队1深人罗布泊地区，经三次的艰难跋涉和大规模的考古后，太阳墓和海头古城、瓦石峡古城等大量古迹现身于世人眼前。
在历史上，西域共有36个国家，楼兰只是其中一个，《汉书·西域传》对此有记载，晋时期着名高僧法显和唐朝的高僧玄奘也曾在他们的游记中写过楼兰古城。《汉书·西域传》这样描述道：“鄯善国，本名楼兰，王治扦泥城，去阳关1600里，去长安6100里。户千1570人口44100。”与法显只记述了楼兰的宗教小乘佛教相比，玄奘的游记更为概括：
“从此东北行千余里，至纳缚波故国，即楼兰地也。”
楼兰古城遗址的具体位置在今天的新疆巴音郭愣蒙古族自治州若羌县的孔雀河下游三角洲南部，罗布泊西北岸，库尔勒市的340千米处。在军区测绘大队的帮助下，考察队于20世纪70年代后期绘制出了楼兰古城地形图，古楼兰城的精确位置被测出：东经89度55分12秒，北纬40度30分57秒。
人们在楼兰遗址发现了四条干涸的河床，遗址位于第四条大河床的两条分叉之间，属维吾尔语中的雅丹地形，即垄槽地形，是干旱区的湖积或冲积平原经长期风蚀而形成的，地面高低不平，支离破碎。
这是一片广袤的遗址，已挖掘出来的’方形城垣面积达10824平方米，“盐泽”罗布泊位于它的东面。曾是碧波万顷的罗布泊，面积为12000平方千米，是当时中国西北干旱地区最大的湖泊，直到20世纪初它的湖面还是500平方千米，但在1972年干涸了。
干涸以前的罗布泊，大片的胡杨林沿岸飘摇。罗布泊的支流是塔里木河与孔雀河，它们自西向东流经楼兰，沿岸水草丰美、田地肥沃，是一代代楼兰人的母亲河。
新石器时代，罗布泊有了第一代居民，他们靠渔猎和游牧维持生计。考古学家在楼兰发掘出4多年前的墓葬，据此，他们推断出楼兰的历史：距今约4000年左右的那段时期，这里存在着原始欧洲人种，他们依靠游牧为生，但在死去几个人后，他们也跟着消失了。此后的2000多年时间里，找不到楼兰的一点儿痕迹，史书中也没有任何记载。
“楼兰”这个名字最早出现在《史记》中。据《史记·匈奴列传》，大约在公元前300年，楼兰人有了自己的国家，统治者是月氏。公元前177年至前176年，月氏被匈奴打败，楼兰开始受匈奴统治。
楼兰城是早期楼兰王国的政治、经济、文化中心，它东达敦煌，西北到焉耆、尉犁，西南到若羌、且末。地理位置优越的楼兰城是当时亚洲最重要的交：通重镇，对东西方文化交流做出了杰出的贡献。西汉时期，汉朝和匈奴为了抢占楼兰，战争打了七八十年，楼兰地理位置的重要性由此可见一斑。动荡局势中的楼兰左右摇摆，许多汉代使节被其杀害。公元前77年，楼兰国王被西汉平篇乐监傅介子杀掉，其弟被大汉扶上王位，改换都城，更名为鄯善国。
此后，楼兰成为汉朝的西域重镇，两国和平共处。据《史记》记载：“楼兰、姑师邑有城郭，临盐泽”，还说楼兰等地盛产美玉，多芦苇、怪柳、甘草，民随畜牧，逐水草，有驴马，多囊驼。
早期的汉代，主要的丝绸之路有两条通道。从敦煌到楼兰，一条是丝路北道，沿塔里木盆地的塔里木河行进，途经库车、阿克苏、新疆盆地西端的喀什(古代称疏勒）、塔什库尔干，翻越帕米尔高原，沿中亚、西亚和西南亚地区以及欧洲，一路西去；另一条向西南，即丝路南道，途经若羌、且末、和田，向西翻越帕米尔高原最后到达中亚、西南亚和西亚及欧洲。
在楼兰遗址不远处，有一条东西向的官道至今依稀可见，它就是张骞、班超走过的古丝绸之路。大概是建筑的地基固沙效果太好了，楼兰附近的其他地方经千年的风蚀都已远低地面达数米，唯有它，好像建在最高处，依然傲然耸立。
三国时期以后，楼兰增加了一条丝绸之路的通道，一路向北经吐鲁番盆地再向西北，沿天山北麓向西，经伊犁河谷地再向西到达中亚、西亚和欧洲地区。三条古道又被重新命名：新出现的沿天山北麓的通道被称为北道，而原来的北道改为中道，南道不变。
楼兰古城繁盛时期，这三条丝绸之路对楼兰的贡献很大。它连接着当时中国、波斯、印度、叙利亚和罗马帝国之间的贸易往来，是当时世界上最开放、最繁华的“大都市”之一，往来商户众多，一队队行色匆匆的驼队，呈现出“七里十万家”的繁华。
为了保护楼兰的丝绸之路，当时的中国政府对楼兰进行了有效管理。他们在行政管理楼兰的同时，还在当地驻扎军队维持治安，商旅和货物的安全得到了很大的保护，企图破坏丝绸之路的分子也遭到严厉打击。城内的水利和农业生产也得到朝廷的重视，为楼兰数百年的繁荣打下了坚实的基础。
公元330年前后，楼兰没有了人烟，只剩下那壮观巍峨的城池。直到公元400年高僧法显走过这里，前往西天取经的他在《佛国记》中这样记述楼兰：“上无飞鸟，下无走兽，遍及望目，唯以死人枯骨为标识耳。”
丝绸之路上的重镇——楼兰，辉煌了500多年的古城就以这样的方式悄无声息地退出了历史舞台。
“绿洲文明”的辉煌
西域的丝绸之路开通以后，楼兰作为东西方贸易往来的必经之路，其繁荣时代由此开启，楼兰文明得到空前发展，古典世界各种艺术流派都云集到楼兰这个大舞台，楼兰特有的“绿洲文明”诞生。
《史记·大宛列传》记载，公元前2世纪的楼兰是西域的一个大国，那时人口达14000人，有士兵近3000人。
古楼兰是一个由国王统治的封建国家，全国的土地都归国王所有，有专属皇家的农庄、胳驼群、牛群和羊群等，但都是依靠全国百姓的劳动。“诸执政官”是国王的直接下属，他们的职责是处理王国内部的各项事务以及执行法律各级官吏和各地方之间发生的纠纷也归他们管理。
据怯卢文书记载，古楼兰曾有过八位国王，即童格罗伽、陀者加、白毗耶、安归伽、摩习犁、伐色摩拿、疏犁者、休密驮。而在汉书史料中则只有西汉时期的尝归（即伐色摩拿）、休密驮、真达三位。
王国下设州、城，每个州都有地方执政官，基层的管理者是百户和户长。此外，王国中还1有税吏，直接受国王的派遣，负责到各地征收赋税，他们也掌管着地方上土地纠纷、谷物播种、民间借贷、男女婚嫁等事务，手中实权很多，在地方代表着皇家的根本利益。
古楼兰的法律很健全，覆盖了税收、水利、土地、狩猎、保护树木森林等方方面面，还包括刑法和遗产处理法等。如刑法中就有这样的规定：“凡在当地犯罪者，务必死于当地。”保护树木森林法规定：“如将活树连根砍断，罚马一匹；砍断树枝，罚母牛一头。”甚至关于奴隶买卖，古楼兰也有相应的法律规定。