Arkeolojik bir mevkii olarak ilk kez 1963 yılında, Türk ve Amerikan bilim adamlarının yaptığı bir yüzey araştırması sırasında tespit edilmiştir. Bu çalışmayla ilgili sonuçlar, Peter Benedict tarafından 1980 yılında yayımlanmıştır.

Göbekli Tepe, Şanlıurfa İli'nin 15km kuzeydoğusunda, merkeze bağlı Örencik Köyü yakınlarındaki dağlık alan üzerinde yer almaktadır. Seçilen alan, diğer Neolitik Dönem yerleşim yerlerinde olduğu gibi su kenarı, vadi ya da ovada olmayıp, Harran Ovası'nı kuzeyde sınırlayan uzun bir yükselti silsilesi üzerinde, görüşe ve manzaraya hâkim bir konumda bulunmaktadır.300 m. çapında ve 15m. yüksekliğindeki Neolitik Dönem´in ilk evrelerine ait Göbekli Tepe'nin topografik özelliklerinden ve yer seçiminden dolayı, ilk fark edildiğinde şimdiki önemi anlaşılamamış olup, tepenin her yerinde rastlanan kireçtaşı blokları nedeniyle buranın bir mezarlık olduğu kanısına varılmıştır.

1995-2006 yılları arasında Şanlıurfa Müze Müdürlüğü başkanlığında, Alman Arkeoloji Enstitüsü'nden Prof. Dr. Harald Hauptmann ve daha sonra Dr. Klaus Schmidt ve ekibinin katılımıyla kesintisiz kazı çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 2007 yılından itibaren Dr. Klaus Schmidt başkanlığında Bakanlar Kurulu Kararlı Kazı statüsüne geçmiştir.

Şimdiye kadar yapılan kazı çalışmaları sonucunda, Göbekli Tepe'de 4 tabaka açığa çıkartılmıştır. En üstteki I. Tabaka, tarım yapılan yüzey dolgusu olup, geriye kalan 3 tabaka ise Çanak Çömleksiz Neolitik Dönem'e tarihlenmektedir. Göbekli Tepe'de stratigrafi en üstten alta doğru şu şekilde izlenmektedir.

I.Tabaka: Yüzey dolgusu
II. A. Tabaka: Dikilitaşlı Köşeli Yapılar (M.Ö. 8.000-9.000).

II. B. Tabaka: Yuvarlak-Oval Yapılar (Ara tabaka).

III.Tabaka: Dikilitaşlı Dairesel Yapılar (M.Ö. 9.000-10.000).

Çanak Çömleksiz Neolitik-B Evresi'ne tarihlenen ve yüzey dolgusunun hemen altında bulunan II A. Tabakası'nda dikilitaşlı dörtgen planlı yapılar açığa çıkartılmıştır. Bu yapıların, çağdaşı olan Nevali Çori'de bulunan tapınak yapısıyla benzerlik göstermesi bakımından kültle ilişkili yapılar olduğu düşünülmektedir. Bu evre için tipik olan Aslanlı Yapı'da, karşılıklı olmak üzere, ikisinin üzerinde kabartma olarak birer aslan motifinin işlendiği dört adet dikilitaş bulunmaktadır.

Çanak Çömleksiz Neolitik-A ve B Evresi arasında bir geçiş tabakası özelliği gösteren II B. Tabakası'nda, bu dönemin karakteristik özelliklerini taşıyan yuvarlak ya da oval planlı yapılar açığa çıkartılmıştır.
Gene Çanak Çömleksiz Neolitik-A Evresi'ne tarihlenen ve Göbekli Tepe'nin en önemli tabakası olan III. Tabaka'da ise dikilitaşlarla çevrelenmiş büyük dairesel planlı yapılar dikkat çekmektedir. Kültle ilişkili olduğu düşünülen bu yapılar, T biçimli dikilitaşların belli aralıklarla dairevi şekilde dizilmesi ve etrafının duvarlarla çevrilmesiyle oluşturulmuştur. Merkezde karşılıklı ve kenarlardakine oranla daha büyük iki dikilitaş yer almaktadır. Merkezde bulunan dikilitaşlar serbest dururken kenarlardakiler, duvarlar ya da banklarla birbirlerine bağlanmıştır. Bu yapıların, tamamlanmasından sonra bilinçli bir şekilde toprak ve çakıl dolguyla örtülmüş olduğu kazılar sırasında anlaşılmış olduğundan bunların ölü kültüyle ilişkili olabileceği düşünülmektedir.

Şu ana kadar dört adet böyle anıtsal yapı açığa çıkartılmış olup, yapılan jeomanyetik ölçümler sonucunda Göbekli Tepe'de en az 20 anıtsal yapının olduğu anlaşılmıştır.

Konumu itibariyle çevresinde geniş kayalık platolar bulunan Göbekli Tepe'de, dikilitaşlar bu platolardaki kayalardan yekpare halinde kesilerek temin edilmiştir. Arazide, işlenmemiş durumda bazı dikilitaşlar kesildiği yerde hala görülebilmektedir. Ayrıca bu platolarda, kayalar üzerinde, işlevleri henüz anlaşılamayan oyuklar ve bir takım işaretler bulunmaktadır.

Boyları 5m.ye ulaşan dikilitaşların bazılarının üzerinde, kabartma olarak çoğunluğunu yılan, tilki, yaban domuzu ve kuşların oluşturduğu çeşitli hayvan tasvirleri bulunmaktadır. Bazı örneklerde kabartma olarak yapılmış kol ve ellerden dolayı, dikilitaşların stilize edilmiş insan figürleri olduğu, aşırı şematik ve kübik formda gösterilen gövdeleri ile yaşayanları değil de başka bir boyutun varlıklarını temsil ettikleri öngörülmektedir.

Kazılar sırasında ve genellikle de yüzey buluntusu olarak ele geçen yabani, yırtıcı hayvan heykellerinin varlığı, antik dönemden bilinen yeraltı dünyasının koruyucusu Kerberos'u akla getirmekte ve bu vahşi hayvan heykellerinin de Göbekli Tepe'deki yapıların bekçisi olabileceğini düşündürmektedir. Kazılar sonucunda çok sayıda hayvan heykeli, çakmaktaşından aletler, taştan boncuklar ve kaplar ile küçük figürünler açığa çıkartılmıştır.

Göbekli Tepe'de temsil edilen bu dönemde, eldeki bulgulara göre insanların avcılık ve hayvancılıkla geçindiği, henüz tarımın yapılmadığı düşünülmektedir. Yerleşim yerinin konumu, açığa çıkartılan devasa boyutlu yapıları, tonlarca ağırlıktaki dikilitaşları ve bu dikilitaşların yerleştirilmesi bakımından Taş Çağı insanlarının, büyük bir organizasyon ve uzun bir zaman dilimi dâhilinde hareket ettikleri düşünülmektedir.

Şimdilik en erken tabaka olan III. Tabaka'nın tarihi ca. M.Ö.10. Bin olarak belirtilmektedir. Yerleşim yerinde henüz ana toprağa ulaşılamamış olup, ileriki yıllarda gerçekleştirilecek kazı çalışmaları sonucunda Göbekli Tepe'deki hayat netlik kazanacaktır.