Höyük, bilim alemine ilk kez 1835 yılında W.C. Hamilton tarafından tanıtılmış olup, bu yıllardan itibaren höyük Orta Anadolu'yu ziyaret eden bilginlerin uğrak yeri olmuştur. 1861 yılında ise G. Perrot Anadolu gezisi sırasında höyüğe gelmiş ve kapının sağ ve solundaki dört köşe kulenin planı ile orthostatlardan birini açığa çıkarmışır. Perrot bu çalışmadan sonra bu kabartmaların hitit dönemine ait olduğunu da ilk olarak ileri süren kişi olmuştur.
Anadolu'nun tarihi coğrafyasında emeği büyük olan W. Ramsey de Wilson ile birlikte 1881 yılında höyüğü inceleyerek birkaç yeni kabartmayı daha önce bilinenlere eklemişlerdir. 1893 yılında ise E. Chantre Anadolu'ya geldiğinde ilk olarak höyüğe gelmiş ve o da sfenkslerin arasındaki dört köşe dehlizi ve onun gerisindeki ikinci kapıyı ve kapının sövelerini ortaya çıkarmıştır. Kabartmaların mülajını alan Chantre, kabartmaların konularına bakarak, Perrot gibi burasının bir saraydan ziyade mabet kapısı olabileceğini ileri sürmüştür. Sfenksli kapının güneyindeki aslanları da inceleyen Chantre bu kapılardan biri üzerinde yer alan yazının Frig yazısı olduğu görüşünü Ramsey'in yazısından sonra daha da kuvvetlendirmiştir.
Daha sonra 1906 yılından beri Boğazköy'de çalışan H. Winckler, Makridi Bey ve İstanbul Arkeoloji Müzesi Müdürü Halil Ethem Bey'in teklifi üzerine Höyük'te araştırma yapmaya karar vermişlerdir. 1907 yılında Makridi Bey sfenksli kapıda yaklaşık 15 gün süren bir çalışma yapmış, bu çalışma sonucunda kapı önünde birkaç yeni orthostat daha bulmuştur. Höyüğün birkaç yerinde sondaj çalışması yaptıktan sonra, höyüğün kuzey eteğindeki poterni (girişi) görerek bunu Boğazköy'deki poternle karşılaştırmıştır.
Höyük'te gerçek anlamda ilk sistemli kazılar, Cumhuriyet Döneminde Atatürk tarafından başlatılmıştır. 1935 yılında Türk Tarih Kurumu adına Hamit Zübeyr Koşay, Remzi Oğuz Arık ve Mahmut Akok gerçekleştirdiği ilk kazı çalışmaları 1983 yılına kadar sürdürülmüştür. Bu tarihten itibaren ara verilen kazılara 1997 yılında Prof. Dr. Aykut Çınaroğlu tarafından tekrar başlanmıştır.
Yapılan araştırma ve kazılar sonucunda Alacahöyük'ün Kalkolitik Çağdan günümüze kadar kesintisiz olarak iskana sahne olan höyükte 4 kültür katı tespit edilmiştir. Kalkolitik, Eski Tunç, Hitit ve Frig dönemlerini kapsayan bu katlar kendi aralarında 15 ayrı mimari tabakaya ayrılmaktadır. Buna göre;
Kalkolitik Çağ : M.Ö. 4000-3000 ana toprak üzerine 15-9 tabakada,
Eski Tunç Çağı : M.Ö. 3000-2000 8-5 tabakada,
Hitit Çağı : M.Ö. 1800-1200 4-2 tabakada,
Frig Çağı : M.Ö. 750'den itibaren 1. tabakada yer almaktadır.
Höyük'te Kalkolitik Dönemde gerçekleştirilen ilk iskan kuzey kısımları tepeciklerle korunan ve su seviyesinden yüksek bir konumda güneye bakan bir alan seçilerek gerçekleştirilmiş olup, bu yerleşme küçük bir köy durumundan ileriye gidememiştir. Bu dönemde mimari, taş temel ve kerpiçle örülen duvara dayanıyordu; çatı saz ve kamışla örtülerek, üzeri düz dam toprakla sıkıştırılıyordu.
Kalkolitik Dönemi takip eden ve 4 yapı katı ile temsil edilen Eski Tunç Çağı Alacahöyük'te 13 kral mezarı ile önem kazanmıştır. 5. ve 7. kata ait olduğu ileri sürülen mezarlar şehrin özel bir alanında yer almaktadır. Bunlar biçimleri bakımından Anadolu'nun ve hatta Önasya'nın eşsiz mezar örnekleri olarak nitelenebilir. Mezarlar yetişkin erkek ve kadınlara aittir. Bu mezarlara çocuk ve bebek gömülmemiştir. Ayrıca bu mezarlarda birden fazla gömüye de rastlanmamıştır. Orta Anadolu'daki diğer mezar tiplerinin aksine Alacahöyük'te hem mezarların hem de ölülerin istikametinde bir birlik vardır. Ölü hediyeleri Eski Tunç Çağında Ege ve Önasya'da bilinenlerin en zengini ve çeşitlisidir. Bunların arasında bugüne kadar benzerlerine diğer kültür bölgelerinde rastlanmayan güneş kursları, geyik ve boğa heykelleri, süs eşyaları, kama, kılıç, balta gibi savaş aletleri ile pişmiş toprak, taş, altın, gümüş, tunç, bakır ve elektrondan yapılmış eserler de vardır. Eski Tunç Çağında Alacahöyük'ün mimari sistemi, Anadolu'nun özgün yapı tekniğine dayanmaktadır; bu tekniğe göre yapılan taş temelli, kerpiç duvarlı, düz tavanlı, sıvalı taban ve toprak çatılıdır.
Alacahöyük'ün şu an görülebilir kısmını oluşturan Hitit tabakaları üç yapı katından oluşmaktadır. Bu dönemde, 250 m. çapında daireye yakın şekildeki höyüğün kenarında bir savunma sistemi oluşturulmuş olup, savunma sistemi üzerinde şehre girişi sağlayan iki ana kapının varlığı tespit edilmiştir. Bunlardan biri güneydoğudaki sfenksli kapı, diğeri höyüğün batısındaki kapıdır.
Höyük'te olası şehrin dinsel kapısını oluşturan güneydoğudaki sfenksli kapıda, iki sfenks yer almaktadır. İki metreden yüksek olan ve monolit taş lentoları üzerine yontulmuş olan sfenks protomlarında başlar dikkati çekmektedir. Dışarı taşkın şişkin gövdeli sfenksler ayrık ve kısa bacaklar üzerinde durmaktadır. Doğu tarafındaki sfenksin iç yüzünde pençelerinde tavşan taşıyan çift başlı kartal bulunmaktadır.
Sfenksli kapının doğu ve batısında yer alan kulelerin altında bulunan kabartmalar alçak kabartma tekniğiyle işlenmiş, ayrıntılar plastik olarak verilmiştir. Batı kulesi orthostatlarının hemen hemen hepsi tüm bir friz olarak izlenir. Bu kısımda altta kült-libasyon konularının ve üst sırada ise av sahnelerinin betimlendiği görülmektedir. Fırtına tanrısı onuruna kutlanan ve Hitit dini metinlerinden de bilinen bayram törenlerinde başrahip ve rahibesi olan kral ve kraliçe burada boğa karşısında dua pozisyonunda gösterilmiş, bunu izleyen kabartmalarda ise törenin diğer bölümleri betimlenmiştir. Doğu kulesindeki kabartmalarda oturan tanrıça önünde dua eden şahıslar yer almaktadır; bunlar kült törenlerinin devam ettiğini göstermektedirler.
Sfenksli kapıdan içeri girip, giriş kompleksini geçtikten sonra sağ tarafta "Mabet-Saray" olarak adlandırılan büyük bir Hitit yapısının temelleri görülmektedir. Bu yapı, çeşitli depo odaları ve diğer komplekslerden oluşmaktadır.