1969년 9월 동아대학교 박물관이 1호묘를 조사하면서 학계에 알려졌고, 이후 1980년 부산시의 주택개량 사업지역으로 내정되어 본격적인 발굴조사가 이루어졌다. 조사결과 삼국시대 부산의 역사와 문화는 물론 가야문화의 해명에 있어 중요한 고분군으로 확인되면서 부산시에서 고분군의 정화와 공원화사업을 추진하였다. 그 후 2차, 3차, 4차 발굴조사로 유적의 성격을 파악하고 문화발전 과정을 규명할 수 있게 되었다. 5차 발굴조사에서는 본격적인 보존 정화사업 추진에 따른 담장 설치지역과 후문지, 야외전시관 부지에 대한 발굴이 이루어졌다. 그리하여 1996년 10월 5일에 부산시립박물관 복천분관을 개관하여 출토된 유물들을 전시하고, 발굴한 유구들은 회양목을 심어 위치를 표시하였다. 이후 1997년과 1998년에도 두 차례에 걸쳐 복천박물관 진입도로 및 주변도로 확장공사를 위한 발굴조사가 실시되었고, 그 결과 총 28기의 묘가 추가 확인되었다.

복천동고분군에서 조사된 유구는 모두 191기로 목관묘(木棺墓) 13기, 단독 목곽묘(木槨墓) 91기, 부곽이 딸린 목곽묘 19기, 옹관묘(甕棺墓) 4기, 부곽이 딸린 수혈식 석곽묘(竪穴式 石槨墓) 8기, 단독 수혈식 석곽묘 53기, 횡구식 석실묘 1기, 미보고 2기 등이다. 유구의 분포상태를 보면, 구릉의 정상부에는 부곽이 있는 대형묘가 위치하고 주위의 구릉사면에는 부곽이 없는 소형묘가 위치하는데, 대체로 중심부 무덤은 구릉의 남쪽에서 북쪽으로 가면서 순차적으로 축조되었다. 목곽묘는 주로 구릉의 아랫부분에서 중간부에 설치되고, 수혈식 석곽묘는 중간부와 정상부에 설치된 축조순서를 보이며, 횡구식석실묘는 구릉의 아랫부분에 목곽묘를 파괴하고 설치되었다. 이들 무덤에서 나온 유물은 신발형 토기를 비롯한 토기류가 2,500여점, 철제갑옷을 포함한 금속기류가 2,720여점, 금동관을 포함한 장신구류가 4,010여점, 뼈연장 등의 기타유물이 10여점, 그 외 인골 5구, 말 이빨 등의 동물뼈 7점 등이 포함되어 있다. 특히 57호분 출토 함안계 토기와 일본계 토기는 당시 문화의 진면목을 보여줄 뿐만 아니라 대외 교류관계 규명에도 중요한 자료이며, 다량의 갑주와 마구 자료는 당시의 정치상황을 알려주는 근거가 되고 있다.