Poco tiempo después del definitivo despoblamiento de la ciudad en el siglo XV, su emplazamiento fue visitado por humanistas como Andrea Navagero o Ambrosio de Morales, que iniciaron una tradición de estudio y recuperación de los vestigios mantenida hasta nuestros días.

En el siglo XVII es de destacar la obra de Gregorio López Pinto, Historia apologética de la muy antiquísima ciudad de Cástulo (1656), que nos legó la primera descripción general del yacimiento, un lugar del que destacó su fuerte amurallamiento en el que ubicaba cuatro puertas principales, situadas en los cuatro puntos cardinales. López Pinto encontró sin duda una ciudad arrasada, aunque no lo suficiente como para que no pudiera observar trazados de calles y espacios abiertos que identificó como plazas, como relata en su descripción de la ciudad.

Junto a la descripción del sitio, en su obra destaca la elaboración de un plano de la ciudad de Cástulo, la primera idealización realizada sobre la ciudad en la que nos muestra sus murallas y algún edificio que existían en el momento, como la ermita de Santa Eufemia. (Modelo 3d)

Tras la creación del Museo Arqueológico de Linares en 1956 a instancias de Rafael Contreras de la Paz, que trabajó para crear dicho museo y para la adquisición por parte del Estado de los terrenos de Cástulo, se llevaron a cabo investigaciones por parte de renombrados investigadores como Claude Domergue, Álvaro D'Ors, Gloria Trias o Antonio Arribas.

Desde el año 1969 sería José M.ª Blázquez quien se encargaría de dirigir las investigaciones en Cástulo, con intervenciones arqueológicas que se mantuvieron hasta 1991.  Desde esa fecha y hasta 2011 ha sido la Administración Autonómica la que ha promovido trabajos de excavación, restauración, consolidación y mantenimiento de Cástulo, así como del museo.

Una nueva fase en la investigación de Cástulo se inició en 2011, por medio del Proyecto de investigación FORVM MMX, dirigido por la Consejería de Cultura y Deporte en colaboración con el Instituto Andaluz de Arqueología Ibérica de la Universidad de Jaén (UJA), promovido por el Ayuntamiento de Linares y patrocinado por la Consejería de Innovación de la Junta de Andalucía.