Địa điểm này được James Mellaart khai quật lần đầu tiên vào năm 1958. Sau đó, ông đã lãnh đạo một nhóm tiếp tục khai quật ở đó trong bốn năm từ 1961 đến năm 1965.[3][4][5][6] Những cuộc khai quật này đã tiết lộ khu vực này của Anatolia là một trung tâm văn hóa tiên tiến trong thời đại đồ đá mới.[7] Quá trình khai quật cho thấy 18 tầng đất liên tục của các tòa nhà biểu thị các giai đoạn khác nhau của một khu định cư và các thời đại lịch sử. Lớp dưới cùng của các tòa nhà có thể có niên đại sớm nhất là từ năm 7100 TCN trong khi lớp trên cùng là năm 5600 TCN.

Mellaart đã bị cấm ra khỏi Thổ Nhĩ Kỳ vì liên quan đến thương vụ Dorak, theo đó ông đã xuất bản các bản vẽ về các cổ vật được cho là quan trọng của thời đại đồ đá mới sau đó bị mất tích.[8] Sau vụ bê bối này, Çatalhöyük ngừng hoạt động cho đến năm 1993 khi các cuộc điều tra bắt đầu dưới sự lãnh đạo của nhà khảo cổ học Ian Hodder, sau đó được tiến hành tại đại học Cambridge.[9][10][11][12][13] Đó là một trong những dự án khai quật đầy tham vọng nhất hiện đang được tiến hành theo nhà khảo cổ học Colin Renfrew, một trong những người tham gia. Ngoài việc sử dụng rộng rãi khoa học khảo cổ, diễn giải tâm lý và nghệ thuật về tính biểu tượng của các bức tranh tường đã được sử dụng.