Přesné místo nálezu není známo, a tak se lze jen domnívat, že zmíněná kost mohla být mamutí femur vykopaný v některém úvozu na svazích Pálavy. Rovněž se dá pouze předpokládat, že obdobné nálezy fosilních kostí, zubů a také nápadných bílých kamenů či „pazourků“ v průběhu minulých staletí byly v této oblasti vyorávány každoročně rolníky při pravidelných zemědělských pracích, a proto se nacházely nejen ve školních sbírkách okolních vesnic, ale třeba i v hostincích a obchodech.
Další informace o podobných nálezech se objevují na počátku 19. století. Roku 1801 píše moravský historiograf a mikulovský zámecký hejtman František Jozef Schwoy francouzskému přírodovědci Georgesi Cuvierovi o nálezech mamutích kostí v Pavlově. Ve stejném roce také podává zprávu do Patriotisches Tageblatt, v níž informuje o nálezu mamutích zubů u Pavlova z roku 1785, které ležely v popelovité vrstvě v hloubce kolem 3,5 metru. V roce 1889 popisuje Karel Jaroslav Maška ve vídeňském turistickém časopise nálezy fosilních kostí od Horních Věstonic, kde konkrétně zmiňuje zbytky soba, mamuta, nosorožce a sněžné lišky, a v roce 1902 v práci Neue prähistorische Funde aus Mähren věnuje Antonín Rzehak pozornost paleolitickým kamenným artefaktům (hrubě obitým malým nástrojům z pazourku a rohovce) z Milovic.
Jako první objevitelé klasické lokality Dolní Věstonice I se v literatuře uvádějí dr. Johann Schön, obvodní lékař, který působil v Dolních Věstonicích od roku 1862 až do své smrti v roce 1895, a český kněz František Mazour – nadšený přírodovědec, jenž v letech 1894–1910 působil na faře v Pavlově. Dr. Johann Schön příležitostně sbíral mamutí kosti v hliníku místní cihelny a také pazourkové nástroje v okolí úvozové cesty do Pavlova. Tyto nálezy pak vystavoval ve své ordinaci a vysvětloval je jako památky na pobyt dávných lidí. František Mazour při svých pravidelných cestách z Pavlova do Dolních Věstonic také nacházel ve stěně zmíněného úvozu, který se zařezával do sprašového hřbetu lokality, kosti pleistocénních zvířat a pazourkové artefakty a na své faře si pro jejich ukládání založil na krbové římse „diluviálně-geologický“ kout.
Karel Absolon a první systematické výzkumy
Do moravské archeologie vstupují Dolní Věstonice oficiálně v roce 1922, kdy Jozef Matzura, spisovatel a zámecký hejtman v Mikulově, a Karl Jüttner, profesor mikulovského gymnázia, na základě získaných nálezů pazourkových artefaktů (ohlášených místním rolníkem Thomasem Hebaurem z Horních Věstonic) a následně po společné návštěvě naleziště uveřejnili zprávu Mammuthjäger an den Pollauer Bergen (Lovci mamutů na Pavlovských kopcích), a to v denním tisku Tagesbote aus Mahren (roč. 72, č. 293, ze dne 28. 6. 1922).
Naleziště se tak rychle stává středem zájmu brněnských amatérských archeologů (H. Freising, R. Czižek, F. Čupik či K. Schirmeisen), kteří zde provádějí povrchové sběry a první menší výkopy. Už 5. listopadu 1923 tu Hans Freising objevuje první mimořádný nález – drobnou keramickou plastiku mamuta. O těchto aktivitách je informován významný vídeňský archeolog a ředitel Přírodovědného muzea Josef Bayer, jenž Dolní Věstonice v květnu 1924 osobně navštívil a sepsal o nalezišti krátkou odbornou zprávu. V ní potvrdil jeho unikátní význam a také zdůraznil nutnost systematického výzkumu této lokality, aby se zamezilo roztříštění nálezů do soukromých sbírek.
Od roku 1924 začal proto v Dolních Věstonicích každoročně a systematicky pracovat prof. dr. Karel Absolon (1877–1960), a to poprvé jménem oficiální domácí instituce – Moravského zemského muzea. Na první výzkumné sezóně se jako terénní dohlížitelé významně podíleli Jan Knies a Václav Čapek a od roku 1925 vykopávky přímo v terénu řídil muzejní laborant Emanuel Dania (1901–1974), který Karla Absolona o průběhu výzkumů pravidelně informoval. Až do roku 1938, kdy Dolní Věstonice zabrala německá armáda, ohromoval Karel Absolon tehdejší svět celou sérií unikátních nálezů.
Z tehdejších objevů vynikla zejména plastika Věstonické venuše, nalezená hned v roce 1925, ale spolu s ní i další keramické plastiky lidí a zvířat, dále umělecké miniatury řezané z mamutích klů (např. realistická hlavička ženy), ozdobné předměty, také hrob dítěte a jiné antropologické nálezy, rozsáhlé skládky mamutích kostí a obrovské množství kamenných a kostěných nástrojů. Tyto nové objevy Karel Absolon zúročil v našem i zahraničním tisku a v úplnosti je veřejnosti předvedl na brněnském výstavišti v rámci speciální expozice Anthropos, na niž v současné době navazuje moderní výstavní pavilon v brněnském pisáreckém parku. Novátorská byla ostatně celá Absolonova koncepce. Nešlo už jen o sbírání „pazourků“ či „venuší“, nýbrž o rekonstrukci života dávného sídliště a jeho praobyvatel. Svým přístupem tak položil Karel Absolon základy moravské paleoetnologie.
S výzkumem Dolních Věstonic se pojí i pokusy podvrhnout veřejnosti falza gravettských uměleckých předmětů, zejména venuší. Roku 1927 vydával hornověstonický statkář Franz Müllender za pravěkou venuši primitivní postavu vyřezanou z mamutího klu. Sám zřejmě rozšířil zprávu, že ji chce nezákonně prodat do ciziny, aby zvýšil zájem veřejnosti o tento výtvor. Vyvolal tak zásah úřadů a následné spory o pravost venuše mezi odbornou veřejností, které však ve svém důsledku věhlas naleziště v obecném povědomí ještě umocnily.
Válečné intermezzo
Světového významu Dolních Věstonic si byli vědomi i němečtí okupanti a holandský archeolog Assien Bohmers (1912–1988), nominovaný do vedení výzkumu, který přímo organizovala SS prostřednictvím organizace Ahnenerbe. Výzkum souvisel do jisté míry i s tehdejšími geopolitickými a rasovými teoriemi nacistického Německa.
Následky války byly pro celé naleziště tragické, protože část jedinečných nálezů převezených na mikulovský zámek byla zničena při požáru, který zámek zachvátil na samém konci války v dubnu 1945. Věstonická venuše naštěstí zůstala spolu s několika dalšími uměleckými unikáty v Brně, a tím zkáze unikla.
Bohuslav Klíma a výzkumy Akademie věd
Ihned po skončení války začaly vedoucí osobnosti československé archeologie hledat optimální strategie dalšího výzkumu v Dolních Věstonicích. Vedení postupně přebíral Archeologický ústav, začleněný od roku 1953 do struktury Akademie věd, a tato instituce v této činnosti úspěšně pokračuje do současné doby. Dalším novým rysem se stávala také systematičtější spolupráce mezi více institucemi a mezi dílčími obory, především přírodovědnými, které mohly k výzkumu Dolních Věstonic významně přispět. V roli vůdčího badatele vystřídal Karla Absolona na několik desetiletí Bohuslav Klíma (1925–2000), který rozšířil výzkumy z oblasti Dolních Věstonic I na nově objevené lokality Pavlov I a II, kde výzkum probíhal prakticky každoročně až do sedmdesátých let uplynulého století.
Během těchto svých výzkumů shromáždil Bohuslav Klíma obrovské množství archeologického materiálu – tisíce kusů štípané kamenné industrie, nástroje z organických surovin, kolekce drobných uměleckých plastik, řezeb a ozdob. Objevil také první rituální hroby – hrob ženy (DV 3) a hrob muže (Pavlov 1). Veškeré nálezy doplnil důležitými geologickými a přírodovědnými daty.
Oproti předchozímu období přinesla nová bádání výrazný metodický posun. Výzkumná strategie spočívala v souvislých plošných odkryvech, s plochou rozdělenou na jednotlivé čtverce, což umožnilo podrobně registrovat a dokumentovat průběh sídlištních vrstev, sídelních struktur a akumulací předmětů v prostoru. Poloha výzkumných sond i významných nálezů byla podrobně geodeticky zaměřována, přičemž prosévání a proplavování kulturní vrstvy umožňovalo získávat i ty nejmenší nálezy.
K dalším významným objevům dochází v osmdesátých letech minulého století, kdy vrcholila výstavba Vodního díla Nové Mlýny. Těžba spraše pro sypané hráze otevřela nové, tentokrát záchranné výzkumy na lokalitách Dolní Věstonice II a Milovice I. Vzhledem k postupu těžby zde záchranný archeologický výzkum probíhal na velkých plochách a pod časovým tlakem, což vyžadovalo spojení sil mnoha archeologů. Na výzkumu v Dolních Věstonicích se podílel kromě Bohuslava Klímy i Jiří Svoboda z Archeologického ústavu AV ČR, Brno, výzkum v Milovicích vedl Martin Oliva z Moravského zemského muzea.
V roce 1986 byl na lokalitě Dolní Věstonice II objeven společný hrob tří mladých lidí (DV 13–15), o rok později následoval další objev − hrob muže uložený uvnitř obydlí (DV 16).
Jiří Svoboda a komplexní obraz gravettské kultury
V roce 1995 vzniklo v rámci Archeologického ústavu Akademie věd České republiky na místě původní terénní základny v Dolních Věstonicích nově koncipované Středisko pro paleolit a paleoetnologii. Jeho zakladatelem a současným vedoucím je prof. PhDr. Jiří Svoboda, DrSc. Vedle komplexního zpracování a zveřejnění do té doby shromážděných nálezů realizuje Středisko další terénní výzkumy na známých i nově objevených nalezištích v regionu – Dolní Věstonice II, IIa, III, Pavlov I, II, VI, Milovice IV. Kulturní vrstvy gravettienu totiž i nadále nejen odkrývá a ohrožuje nová výstavba, budování inženýrských sítí, terénní úpravy, ale i náhodné situace, jako byl například v roce 2009 propad silnice do zapomenutých sklepů pod obcí Milovice.
Vzhledem ke svým dlouholetým zkušenostem provádí Středisko pro paleolit a paleoetnologii i metodicky podobně vedené výzkumy v jiných loveckých areálech v ČR i v zahraničí. V poslední době probíhá například průzkum areálu lovců-rybářů v lesním prostředí holocénu (mezolit pískovcových oblastí severních Čech) nebo výzkum dosud žijících loveckých a pasteveckých populací Sibiře. V posledních letech se uskutečnily také dvě antropologicko-archeologické expedice do Etiopie, do oblasti Afaru a Modrého Nilu.
Současná činnost detašovaného pracoviště v Dolních Věstonicích reflektuje aktuální výzkumný trend, který se odklání od plošného výzkumu paleolitických kultur a území, přičemž se nyní zaměřuje na perspektivní areály v detailu. Zkoumány jsou lovecké adaptace a sociální struktury v měnícím se klimatu a krajině.
Komplexně pojatá analýza naleziště je předmětem zájmu interdisciplinárních a mezinárodních týmů, v nichž jsou do spolupráce zapojeni nejlepší odborníci ze zahraničí. Spektrum používaných metod se rozšiřuje i o perspektivní metody molekulární genetiky a další laboratorní metody analýzy zvířecího i lidského osteologického materiálu.
Cílem je vytvoření plastického obrazu první anatomicky moderní populace v Evropě, a to včetně jejího způsobu života, lovu a sezónního rytmu. Význam areálu Dolní Věstonice – Pavlov dokresluje i skutečnost, že byl vyhlášen národní kulturní památkou. Vědecké výsledky Střediska pro paleolit a paleoetnologii jsou od roku 1994 publikovány v ediční řadě Dolnověstonické studie, která zatím čítá dvacet interdisciplinárně koncipovaných svazků.