楼兰王国从公元前176年以前建国，到公元630年消亡，共有800多年的历史。王国的范围东起古阳关附近，西至尼雅古城，南至阿尔金山，北到哈密。当时，楼兰古城位于罗布泊西部，是进入西域的枢纽，在古代丝绸之路上占有极为重要的地位。但是，随着时间的推移，这个王国逐渐在世界上消失了。
20世纪初，斯文·赫定的探险队从阿提米希布拉克出发，开始了他们的探险之旅。一天，在准备宿营时，他们发现仅有的一把铁锨遗失在偶然路经的寺院遗址。向导奥尔得克动身北返，决心一定要找回铁锨。后半夜起了大风，奥尔得克一度曾迷了路，无意中闯入另一个遗址。他在返回的途中，特意带回一块那个神秘遗址里的木雕。赫定端详着奥尔得克带来的木雕，肯定它是一两千年之前的装饰板，而用它来装饰的建筑一定不是普通人所居。
一年之后，赫定又回到了这一带，历尽艰难发现了古城遗址，这就是我们后来所说的楼兰古城。我国考察队员在到达楼兰古城后发现，楼兰城内最高建筑物是位于城东部的一座高10.4米的佛塔，除了佛塔，楼兰城中最显眼的建筑区遗迹是城中部的“三间房”。这三间房的墙壁是城中唯一使用土坯垒砌而成的，坐北朝南，直接对着南城门。东西两端的房屋都是木结构，木料上还残留着朱漆，有的木料长达6.4米。从这一组建筑物的位置和构造等情况分析，这里可能就是当年楼兰城统治者“衙门府”的所在地。考察队还发现了一条东西走向，穿城而过的古渠道遗迹，可能就是古楼兰城居民直接取水的水源。
20世纪70年代末到20世纪80年代初，中国考古学家曾在罗布淖尔地区、楼兰古城周围进行了多次调查和发掘。在楼兰城内发现了晋代汉文木简、钱币、罗马风格的玻璃器、一枚贵霜钱，在城郊汉墓中发现了大量来自黄河流域的丝绸织锦，也有西亚风格的毛布。在楼兰城北20多公里处还新发现一具彩绘云纹、花卉、朱雀、玄武的彩棺，透示着浓烈的汉文化色彩。由楼兰西北走，在孔雀河谷的营盘，发掘出土了保存完好的古代墓葬，人体已成干尸，棺上有狮纹裁绒地毯，主人穿着人兽纹毛布袍，人兽纹长袍、狮纹地毯，其装饰图案明显具有西亚艺术的精神，说明楼兰及继后的鄯善王国在联络中西经济、文化交流的丝绸之路上具有非同一般的地位。
时至今日，尽管有众多学者付出了巨大心血，但有关楼兰古城的很多东西，至今还是个偌大的谜团。