Istodobno s restauratorskim i konzervatorskim radovima na zgradi muzeja vođena su i sustavna arheološka istraživanja (1989. - 1997.) koja su na svjetlo dana iznijela nove podatke o životu na Gradecu od prapovijesti do danas. Naseljavanje se zbivalo u kontinuitetu pa su se zbog toga mnogi povijesni slojevi ispremiješali što je otežavalo rad ekipama arheologa - istraživača na ovom veoma kompleksnom arheološkom lokalitetu. Nedvojbeno je da je najkasnije na razmeđu VIII. i VII. st. pr. Kr., odnosno na početku halštatske kulture starijeg željeznog doba, na ovome mjestu sagrađeno naselje čiji tragovi sežu do kraja VI. st. pr. Kr. Za sljedećih nekoliko stoljeća ne postoje materijalni ostaci koji bi svjedočili o kontinuitetu naseljavanja sve do I. st. pr. Kr., kada se na tom, lako obranjivom prostoru, nastanilo stanovništvo latenske kulture mlađeg željeznog doba. Sa snažnijom romanizacijom šireg zagrebačkog područja, život na ovoj lokaciji zamire da bi se, prema najnovijim dendrokronološkim analizama drva, pronađenog u bedemskoj konstrukciji, ponovo pojavio u razdoblju ranog srednjeg vijeka, u drugoj polovici VII. st. Pronađeni nalazi stambene arhitekture datirane u XII. st. te nalazi iz razdoblja kasnog srednjeg vijeka, veoma su značajni, jer svjedoče o načinu i kontinuitetu življenja na ovoj lokaciji sve do danas. Istraženo je približno 2000 četvornih metara lokaliteta, a iskopavanja su, s manjim prekidima, trajala do same realizacije stalnog postava. Dio lokaliteta, oko 1700 četvornih metara, konzerviran je na mjestu nalaza, dok je u istočnom krilu muzeja prezentiran autentičan arheološki lokalitet. Pojedini nepokretni nalazi prikazani su shematski u razini poda, izvedeni intarzijom materijala najsličnijega pronađenome.
Nalazi u sjevernom dvorištu
Arheološka istraživanja provedena početkom 1990-ih godina bila su usredotočena na sjeverno dvorište i istočno krilo nekadašnjeg Samostana opatica klarisa. U tim iskopavanjima najznačajniji nalazi bili su tri drvena srednjovjekovna objekta i plitko ukopan radionički prostor iz vremena prelaska kasnog brončanog doba u starije željezno doba.
Unutar tog prapovijesnog ukopanog objekta ispunjenoga garom pronađeni su glineni utezi, ulomci keramičkih posuda i dijelovi kućnog maza. Izvan objekta otkrivene su plitke jame za noseće stupove nadzemne konstrukcije. Najstariji srednjovjekovni objekt je pronađen ispod temelja zapadnog krila parlatorija. Omanja podrumska prostorija veličine 3 x 3 metra bila je natkrivena dobro sačuvanim ostacima šindre. Dendrokronološkom analizom objekt je datiran u 1171. godinu.
Druga dva srednjovjekovna objekta otkrivena su pod temeljima sjevernog krila samostana. Iskopani podrumski objekti bili su veličine 8,5 x 4,5 metara s bočnim stranama obloženim drvenim planjkama prislonjenim uza zemlju, koje su s unutrašnje strane pridržavali stupovi. Stupovi postavljeni duž središnje osi objekta vjerojatno su nosili podnu konstrukciju prizemlja. Arheološki materijal kao i dendrokronološke analize datiraju te objekte u XIV. st.
Naselje iz vremena starijeg željeznog doba
Sjeveroistočni plato Gornjega grada naseljen je najkasnije potkraj VIII. st. pr. Kr., a otkopana arheološka građa svjedoči o kontinuiranom boravku na tom prostoru sve do kraja VI. st. pr. Kr. Naseobinski objekti devastirani su naknadnim ukopavanjima i sačuvani su samo djelomice ili u tragovima. Pouzdano možemo reći da su kuće u to vrijeme bile nadzemne, građene od isprepletenog pruća omazanog ilovačom s podovima koji su bili fundirani kamenim oblucima. Kuhalo se i grijalo na vanjskim i kućnim ognjištima u keramičkim posudama karakterističnog oblika za razdoblje halštatske kulture VII. i VI. st. pr. Kr. Dio tih posuda bio je urešen urezivanjem geometrijskih motiva, trakasto izvedenim naljepcima, plastično oblikovanim životinjskim glavama i sl. O finijoj lončarskoj djelatnosti svjedoči i ostatak spororotirajućeg lončarskog kola. Mnogi nalazi keramičkih utega za tkalački stan i pršljenaka za vreteno kazuju o vrlo razvijenoj tkalačkoj djelatnosti, dok ostaci utega za ribarske mreže upućuju na zaključak kako je riba bila značajan dio jelovnika tadašnjeg stanovništva. Dijelovi nošnje - perle, narukvice i fibule, od kojih su neke sačuvane samo fragmentarno, zorno pokazuju kako su tadašnji stanovnici u potpunosti bili saživljeni, u kulturnom i civilizacijskom smislu, sa svojim vremenom.
Želimir Škoberne, Boris Mašić