根据测年结果，二里头遗址年代分布约为公元前1750年～公元前1500年（一说前1730年～前1520年）。1959年开始发掘，遗存可划分为四个时期。遗址内发现有宫殿、居民区、制陶作坊、铸铜作坊、窖穴、墓葬等遗迹。出土有大量石器、陶器、玉器、铜器、骨角器及蚌器等遗物，其中的青铜爵是目前所知中国最早的青铜容器。二里头遗址是二里头文化的命名地，并初步被确认为夏代中晚期都城遗址。
二里头遗址的考古发掘已持续了四十多年，遗址内发现的二里头文化遗迹有宫殿建筑基址、平民居住址、手工业作坊遗址、墓葬和窖穴等；出土的器物有铜器、陶器、玉器、象牙器、骨器、漆器、石器、蚌器等。遗址的中部发现有30多座夯土建筑基址，是迄今为止中国发现的最早的宫殿建筑基址群。其中，最大的两座已正式发掘。宏伟的1号宫殿建筑基址平面略呈正方形，东西长108米，南北宽100米，高0.8米，面积达1万多平方米。根据出土的遗迹现象，可以将1号宫殿建筑基址的主殿复原成一个“四阿重屋”式的殿堂，殿前有数百平方米的广庭。基址四周有回廊。大门位于南墙的中部，其间有3条通道。这样的宫殿建筑只有掌握了大量劳动力的统治者才能建成。由此也可证明，当时的生产力水平已经达到了相当高的程度。二里头遗址的宫殿建筑，虽时代较早，但其形制和结构都已经比较完善，其建筑格局被后世所沿用，开创了中国古代宫殿建筑的先河。
二里头遗址的发现和发掘具有十分重要的意义，在国内外具有重大影响。中国是地球上为数不多的有独立起源的文明古国，是四大文明古国历史唯一没有间断过的国家。但中国古代文献中，有确切历史记载，可以依靠的绝对年代只到公元前841年周厉王时。一些西方学者和疑古派一度怀疑夏朝的存在，怀疑禹是神话传说中的动物（一条肉虫），甚至主张东周以前无信史，把中国的历史一下子缩短了一半，却有些让人不能接受。为此，国家在“九五”期间，把夏商周断代工程列入重大科研项目，重点任务是要理清夏商分界与夏代的历史脉络。自二里头遗址发现后，学者们为此争论了四十年，经“夏商周断代工程”多学科的交叉研究，新的考古发现与史书的相互印证，专家们认定，夏文化持续时间大约在公元前二十一世纪至公元前十六世纪，后来被商朝取而代之。这意味着几乎可以从二里头遗址摸索到中华文明的起源了，明确写出了孔子和司马迁没有搜寻到的中华“家谱。