1895年2月，瑞典人斯文·赫定沿克里雅河穿越塔克拉玛干沙漠，到达罗布泊地区，沿途进行了艰苦然而极富收获的地质学、生物学和古代文物遗迹的考察，初步摸清了塔克拉玛干沙漠中重要古代遗址的大致情况。
1899年9月，斯文·赫定开始了他的第二次塔克拉玛干之行。这次中亚探险得到了瑞典国王奥斯卡和百万富翁伊曼纽尔·诺贝尔的资助。斯文·赫定在空寂而清冷的婼羌县(今若羌)稍作停留，便继续向塔克拉玛干东端的罗布泊沙漠前进。
1900年3月29日，一个戏剧性的情节，导致了一个非常重要的古代城址的发现。赫定一行抵达罗布泊北岸后，来到一处看来可打出淡水的地方，决定掘井取水时，发现唯一的铁铲丢失了，随同的一名向导被派回原路去寻找。不料路上狂风大作，漫天的风沙使他饥肠辘辘无法前行。沙暴过后，在他眼前突然出现了高大的泥塔和层叠不断的房屋，一座古城奇迹般地显露出它的面容。向导将这一发现做了汇报。斯文·赫定立刻来到这里。当他亲手从遗址中找出了几件精美的木雕时，他异常兴奋，断定这是个非常重要的古城遗址。赫定后来回忆说：“铲子是何等幸运，不然我决不会回到那古城，实现这好像有定数似的重要发现，使亚洲中部的古代史得到不曾预料的新光明！”
l901年3月，斯文·赫定对这座古城进行了发掘。他迫不及待地发出了悬赏，若是有人能最先找到任何形式的人类文字，便重重有赏，发掘现场不断有小块毛毡、红布、棕色发辫、钱币、陶片等出土。随着发掘的不断展开，终于有大批的汉文、亻以及精美绝伦的丝、毛织品，别具风格的木雕饰件出土。整整一个星期，斯文·赫定除了进行发掘外，还调查了古城的寺院遗址和居住遗址。他发现古城出土的亻去文简牍上多次出现“kroraina”一称为楼兰，因而推定楼兰是“kroraina”的译音。
中国史籍中最早关于楼兰王国的具体记载，见于《史记·大宛列传》。根据记载，楼兰是一个西域小国，建国于盐泽边上，有城郭，然而“兵弱易去”。这里的“盐泽”，指的是罗布泊。到汉代史学家班固撰写《汉书》时，楼兰王国有1570户人家，共14100口人，国都名“打泥”。《汉书》进一步介绍了楼兰的生态环境：“地沙卤少田，寄田仰谷分国。国出玉，多葭苇(芦苇)、枝柳(红柳)、胡桐家胡杨)、白草(芨芨)。民随畜牧，逐水草。有驴马，多骆驼。能作兵，与婼羌同。”
汉昭帝时，楼兰改国名为部善，并请求朝廷驻军伊循。昭帝便在伊循城置都尉，行屯田。从此楼兰便成为中央政府控制西域的战略支点。东汉时，楼兰在丝绸之路上依然占据着重要的位置。东汉政府在楼兰大规模屯田，开发楼兰。此后直至魏晋累几百年之久，楼兰一直是内地通往西域的重要交通枢纽，再后来，楼兰便很少见于史载，逐渐地神秘消失了。
海头古城，1988年自治区文化厅文物处组织的罗布泊文物队伍在部队的配合协助下，经过32天的奋战，在楼兰古城西南找到了“海头”（被斯坦因编号为lk古城）等两座古城并测绘了国内第一张该两座古城的地形图，采集了一批珍贵文物标本，进一步填补了罗布泊地区考古的空白。
米兰遗址，是一个面积广大的区域，遗址中主要包括米兰城郭、两座佛寺及墓地。在沿城墙、佛寺的墙基处，东一个西一个刨挖的大坑随处可见。米兰，属古楼兰国的地域，中国汉代曾在这里屯田，一种有争议的说法认为这里是楼兰国迁都后的新国都。这里曾发现过“印度文化特征的绝妙壁画”——带翼天使，以及公元8－9世纪的吐蕃藏文木牍；这里是揭示楼兰古国神秘兴衰的重要史迹，是佛教东传由新疆进入内地的重要地域，也是史记中少见的吐蕃与西域交流的证明。
小河墓地，1934年5月，一支探险队在楼兰库姆河边扎下营地。他们要寻找隐藏在库姆河流域的一个“有一千口棺材”的古墓地。
两个月中，罗布“猎驼人”奥尔得克等人一次次搜寻都劳而无功。就连奥尔得克本人都猜测，古墓已让十几年间新形成的河湖水域给淹没了，或者是被某次强烈的黑风暴重新埋葬了。月底，探险队向更靠近罗布荒原西南的绿洲带挺进。
不久，他们发现了一条流向东南的河流。它有20米宽，总长约120公里，水流迟滞，一串串小湖沼被芦苇、红柳环绕。它是库姆河复苏后出现的新河，历史不足10年。在他们沿这条河流进入沙漠前，临时给它起了一个名字“小河”。“小河”东岸4－5公里，有一个浑圆的小山丘。远远看去山丘顶部有一片密密的枯立木，高4－5米。奇怪的是，枯立木的株距极近，一株连着一株，互相支撑着。山丘上，遍地都是木乃伊、