位于阳原县大田洼乡官厅村北500米，1978年，由中国科学院古脊椎动物和古人类研究所尤玉柱、汤英俊和李毅等发现并进行发掘。发现石器1000余件，属于小石器传统；山土的动物化石有桑氏鬣狗、三趾马、三门马、披毛犀牛、羚羊等。其地质年代为距今136万年。小长梁遗址作为我国古人类活动最北端的见证，被镌刻在中华世纪坛的青铜甬道上。
1935年，法国考古学家步日耶来到中国，在河北省阳原县泥河湾村被称为更新世早期的“泥河湾组”地层的下部采到一块石头。经他研究，确认为石器--“粗糙的手斧”。发表在法国出版的古人类学杂志上，文章中推断，当时泥河湾一带曾经生活过北京猿人，甚至更早的人类。
1972年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的两名研究人员沿桑干河调查旧石器遗址，在泥河湾之西700米的下沙嘴“泥河湾组”的粗砂层内找到一件具有清晰的人工打击痕迹的石器。与其伴生的动物化石有一件相当完整的纳玛象化石(更新世晚期的象类化石)。此后，又进行核对性发掘，在不远的同一层位中找到数件小型长薄石片和若干曾经人工打击但尚未成型的石器，伴生的动物化石有披毛犀，马，驼鸟，鼠，兔等。
1978年8月21日，古脊椎动物与古人类研究所的第四纪组的研究人员又进入泥河湾盆地考察，于阳原县官村附近的小长梁找到一处内涵极为丰富的旧石器时代遗址，位于泥河湾组下部的地层中，称之为小长梁遗址。共发现了2000余件石器，若干打击过的骨片，或留有刻划痕迹的骨片以及吃剩丢弃下来的三趾马，马，羚羊，牛，鹿，犀，虎，象的残骨和牙齿。可惜尚未发现人类骨骼的化石。至于遗址的年代，经古地磁的测定，泥河湾组的顶部年龄为150万年前，底部为300万年前，遗址的层位定为243万年--255万年之间，大体来说，250万年左右，这就是目前我国境内发现的最早的古人类文化的遗址。根据石器的分析，当时人类已有语言。1981年，在小长梁对岸的东谷坨又发现了一处面积极大，遗物丰富的石器地点，距今100万年，说明当时在东北已有很多人类活动了。 1924年 英国地质学家巴尔博在张家口地区收集地质资料著博士论文期间，前往虎头梁以及郝家台考察，首先将分布在桑干河湖相地层命名为泥河湾层。 9月13日，法国神甫桑志华到泥河湾一带考察，涉及范围东至下沙沟，南至蔚县东力元庄，西至大同、平鲁等地。
1926年10月初，法国神甫德日进和桑志华在泥河湾一带进行考察，搞清了地层和古生物学上的一些问题，所采集化石材料现全部保存在天津自然博物馆。
1927年，德日进和桑志华发表有关泥河湾的两篇学术论文。
1930年，德日进和皮孚陀发表了世界著名的论著，把下沙沟一带发现的哺乳动物化石种类称之为泥河湾动物群。
1948年，第十八届国际地质会议中，我国著名教授杨钟键正式向会议提出泥河湾，并将泥河湾列为上新统最上部。
1954年，在纪念北京人发现25周年的会上，正式把相当于欧洲维拉弗朗期的泥河湾层改为早更新世。于是泥河湾成了中国乃至世界进行第四纪地层对比的标准剖面。 1958年，北京大学地理系在雁北地区设立野外实习基地，开始对泥河湾一带进行地貌学和第四纪地质学研究。
1964年，北京大学教授夏正楷先生在虎头梁发现鱼化石。
1965年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所太原工作站王择义、王向前教授等到虎头梁采集鱼化石，并发现虎头梁遗址65039和65040地点。
1972年，中国科学院双古所的盖培和卫奇两位专家在桑干河中游地段发掘虎头梁遗址。发掘出以楔状石核和尖状器为主的大量石器，还发掘出古人使用过的灶炕，周围散落着大量的木炭粒、烧骨和烧过的鸵鸟蛋皮等。 1973年，中科院“双古所”盖培、卫奇对虎头梁遗址进行发掘，并发现了73101、73102、73103、73104、73105、73107地点． 著名学者贾兰坡和卫奇在泥河湾村西约70公里的地方发现候家窑遗址。发现珍贵的古人类化石16件，旧石器时代文物近万件，以及众多的骨角器并出土了大量哺乳动物化石。石器中仅石球就有1079件，从一个遗址中发掘出如此之多的石球，在世界考古史上都绝无仅有。
1978年，中科院“双古所”的尤玉柱、汤英俊和李毅，在桑干河南发现了小长梁遗址，中美两国的科学家联合用古地磁法进行了测定，结论为距今136万年，属于旧石器时代的早期，至此小长梁成为东亚北部确知的最早的人类遗址，使得在100万年前亚洲没有人类文明的论断不攻自破。
1981年，国家地震局在红崖一带发掘了一批古脊椎动物化石。5月，卫奇在裴文中教授的组织下，带领天津自然博物馆孟浩，县文保所成胜泉在钱家沙洼发现桑干河大角鹿的一具头骨，并在东谷坨发现一处旧石器地点。 6月，中国科学院贵阳地球化学研究所在泥河湾一带采集古地磁测定样品，李华梅教授在次年莫斯科召开的国际第四纪会上发表了郝家台地层论文。
1990年，5月18日，卫奇委派成胜泉等人在南辛庄和大田洼一带进行调查．发现了一处旧石器遗址，后定名为半山遗址。
1991年，7月7日--8月4日，中美联合考古队在东谷坨遗址继续进行发掘，发掘出土石器及化石1000多件。
1993年，9月17日--10月14日，由河北省文物研究所组织发掘马圈沟遗址，人员有河北省文研所李君、保定市文物科李英、昌黎县文保所王恩林、阳原文保所成胜泉参加发掘工作，出土化石166件，石制品301件。
1995年 8月10日，由河北省文研所等单位，对阳原西水地姜家梁墓地进行大面积发掘，本次发掘7千年前的房子8座，4千年前的古墓69座。在发掘姜家梁古墓的同时对于家沟遗址进行发掘。
