בחפירות הארכאולוגיות נחשפה שכבת חורבן, המתוארכת לשלהי ימי הבית הראשון. בנוסף התגלו חרסים המתוארכים ל, המאות 4–5 לפסה"נ. לאחר מכן נחשף יישוב, המתוארך לתקופה ההלניסטית והחשמונאית. כן נחשפו שרידיו של רובע מגורים גדול, הכולל שתי שורות מבנים מצדיו של רחוב מרכזי; בור מים; ומקווה טהרה חצוב בסלע. המבנים נבנו באבנים גדולות שנחצבו במקום. קירות המבנים שרדו לגובה של כ-4 מטרים. הממצא בתקופה זו כולל חרסים, מטבעות ושאריות מזון. לא נמצאו ממצאים ארכאולוגיים מהתקופה שבין אמצע המאה הראשונה לפסה"נ ועד לשלהי המאה ה-5 לספירה.
ימי הביניים.
האתר יושב מחדש בתקופה הביזנטית, במהלך המאות ה-5 וה-6 לספירה. מתקופה זו נחשפה תעשיית קרמיקה מפותחת מאוד, במקום נחשפו ארבעה כבשני חרס גדולים ותעשייתיים, בנויים בשתי קומות. הכבשנים נבנו ישירות על המבנים מהתקופה החשמונאית. נראה שתעשיית כלי החרס הייתה הגדולה ביותר מצפון לירושלים. ייצור כלי החרס נמשך גם בתקופה האומאית המוסלמית הקדומה עד למאה ה-8 לספירה. נמצאו טביעות על ידיות קנקנים ביוונית ובערבית המתייחסים לעובדת קיומו של מנזר מהתקופה, "דיר מר סמואל". לא התגלו שרידים של מנזר מהתקופה הביזנטית.
עם התקדשות המקום בקרב הנוצרים בתקופה הביזנטית נבנה, כנראה, במקום מנזר, ששרידיו, כאמור לא התגלו בחפירות הארכאולוגיות.
בתקופה הערבית הקדומה - האומאיית, שימש האתר כמרכז גדול מאוד לייצור כלי חרס, ששימש את כל צפון ירושלים. במקום נחשפו שבעה תנורי חרס משוכללים. מרכז הייצור המשיך לפעול כנראה גם בתקופה הביזנטית. בתקופה הצלבנית נבנה במקום מנזר - ומצודה. בניית המצודה "מחקה" שכבות קדומות. מסביב למצודה נחצב חפיר רחב ועמוק. השכבות הקדומות נחשפו מחוץ לגבולות המצודה הצלבנית.
האתר הגדול שבראשו, כאמור, מצודה גדולה, כולל גם מרחב גדול של מתקנים חקלאיים, מחסנים ובתי מגורים. חשיבותו בתקופה הצלבנית בהיותו נקודת התצפית הראשונה, ממנה יכלו עולי הרגל לעיר הקודש לראות את ירושלים, בצעדם על הדרך הראשית לירושלים מצפון (כביש 443 של ימינו). בשל כך נקרא האתר בשם "הר השמחה" (Montis Gaudii).
לאחר נפילת ארץ ישראל בידי צלאח אל-דין האיובי, הפכה המצודה למסגד, ומסורת קבורת שמואל התחזקה מאוד הן בקרב המוסלמים והן בקרב היהודים. אין כמעט עולה רגל יהודי שביקר בארץ באותה עת, שאינו מזכיר את ציון קברו של שמואל הנביא במקום, ולעיתים אף את קברם של הוריו – אלקנה וחנה.
נראה שבמהלך הדורות פעל במקום (אולי בקומת המסד) בית כנסת, בו הוצג ציון קברו של הנביא על ידי היהודים.
הציור המפורט והריאלי במגילת פירנצה המתוארכת לראשית המאה ה-14 של ההיכל עם ספר תורה והמחיצה לעזרת נשים באתר הקבר, מראה על נוכחות יהודית במקום קודם למאה ה-15.
חוקר תולדות היישוב, פנחס גראייבסקי, מציין כי המוסלמים בנו מעל לקבר שמואל הנביא בית תפילה עם מגדל בראשו, שבו מתפללים יושבי הכפר, ובאמצעו עומדת מצבה גדולה מכוסה במכסה־ירק, כנהוג בקברים הקדושים של מוסלמים: "מנהג קדום הוא לאחינו הספרדים לבוא ולהשתטח שמה ביום כ"ח אייר, ואדוני הבית היו מרשים להם לבוא אל האולם שממעל למערה, והיו מתעכבים שמה כל הלילה, המון־העם עמד בתפלות, בבכי ובתחנונים, והחכמים בלמודי האדרות הקדושות". לדבריו, היה ליהודים מנהג לשתות לשכרה במקום ביום כ"ח באייר, ומדובר במנהג קדום, שיש לו עדויות ממקורות שונים לאורך השנים. זו אולי הסיבה לכך שלא פעם התגלעו חיכוכים ומתחים בין היהודים והמוסלמים אודות זכות האחיזה והביקור במקום. כך למשל אצל רבי יצחק לטיף, שעלה ארצה בשנת 1445, המספר:
האזכור הכתוב הקדום ביותר לקיומו של בית כנסת באתר מופיע באגרת מארץ ישראל מאמצע המאה ה-15 המפרטת אודות מנהגי יהודי ירושלים, שם נרשם .
המקור הראשון, המתאר פחות או יותר את הנראה היום לעין (מבואה גדולה, וירידה במדרגות אבן אל תוך כוך קבר) הוא רבי משולם מוולטרה, שביקר במקום בשנת 1481. הרב מספר שיום פטירתו של שמואל הנביא, הוא כ"ח באייר, היה יום עלייה לרגל בו הגיע יהודים רבים מארצות האזור לאתר, וציין כי נתקל בסובלנות מצד המוסלמים כלפיהם: . תאוריהם הרבים של עולי הרגל (יהודים, נוצרים, קראים ומוסלמים) מלמדים על מבנה גדול, שהזכויות על אחזקתו נתונות במחלוקת, אך נראה שלכל אורך השנים הותר ליהודים לקיים בו תפילות ולהדליק בו נרות. הקראים אף כתבו תחינה מיוחדת לקבר שמואל הנביא, שנאמרה על ידם בבקרם באתר.
העת החדשה.
ב-1730, בהתערבות הסולטאן העות'מאני, סולקו היהודים מן המקום, ולא הורשו אף להתפלל בו. טקסי ה"חאלקה", שמקורם במתחם קבר שמואל, עברו למירון. מערת הקבורה נאטמה, ובקומת הכניסה של המצודה הצלבנית נבנה מסגד גדול, ובראשו צריח מואזין. יהודים מעטים הורשו לבקר במקום, וגם זאת תמורת תשלום נאה. גראייבסקי מספר כי ב-1885 מנעו מהיהודים לבוא למקום. הרב הספרדי הראשי, החכם באשי יעקב שאול אלישר, פנה אל הפחה הטורקי ושמע ממנו כי הממשלה הטורקית אסרה על כניסת יהודים לאחר שנאלצה לשלם 118,000 גרוש כדי לשפץ את המקום בשל מעשי ונדליזם, שתוארו כך: "רבים מהיהודים האשכנזים הבאים שמה ללון וגם יין ושכר מביאים עמהם ועשו את הבית לבית־מרזח ועל קירותיו כתבו שמותיהם, זה בעפרון וזה בפחמים, ולא לכבוד הדבר הזה לבית הקדוש לישראל ולעמים". בסופו של דבר נעתר הפחה לבקשת הרב הראשי והתיר כניסה של יהודים למקום.
בשנת 1886 ביקשו יהודים להקים יישוב בקרבת נבי סמואל. השם שנבחר ליישוב החדש היה 'רמה', בהתייחס למקום קבורתו של שמואל הנביא, אך הוא נקרא גם 'נחלת ישראל', על שם נחלת ישראל - רמה, החברה שרכשה את הקרקע. במשך כחמש שנים נעשו כמה ניסיונות להתיישב על הקרקע שנרכשה, אך מסיבות בירוקרטיות ללא הצלחה. בשנת 1895 הצטרפו לגרעין המתיישבים כ-13 משפחות של יהודים יוצאי תימן, שהצליחו להגשים את המפעל ואף לעסוק בחקלאות במקום, אך עזבו לאחר מספר שבועות, מאחר שכספי החברה אזלו, המרחק הגדול בין הבית לבין החלקות המעובדות, שנת שמיטה והתנכלויות בלתי פוסקות של ערביי נבי סמואל, שהיו עוקרים את החלקות הזרועות והנטועות.
מלחמת העולם הראשונה.
במהלך המערכה על סיני וארץ ישראל במלחמת העולם הראשונה, ערך אלנבי תוכנית לכיבוש ירושלים מצפונה כשנבי סמואל היוותה נקודת מפתח בתוכנית זו. בין ה-18 בנובמבר ועד ה-24 בנובמבר 1917 התחוללו במקום קרבות קשים בין הדיוויזיה ה-75 (בפיקוד מייג'ור גנרל סר פיליפ פיילין) ובין הכוח המגן של הצבא העות'מאני. ב-21 בנובמבר הצליחה הבריגדה ה-234 לכבוש את הכפר והחל מ-22 בנובמבר נערכו שלוש התקפות נגד של הכוח העות'מאני. לאחר קרבות קשים שלוו בהרעשות ארטילריות כבדות משני הצדדים, נכשל הניסיון הטורקי לכיבוש הנקודה אולם אלנבי וחבורת הפיקוד הבריטי נאלצו להחליף את הכוחות הלוחמים התשושים ולטוות תוכנית חדשה לכיבוש ירושלים, תוכנית שהתממשה החל מ-8 בדצמבר והביאה בסופו של דבר לכיבוש ירושלים. בעקבות הנזקים הקשים שנגרמו למבנים בנבי סמואל ובסביבתו מתותחי הלוחמים הבריטים והטורקים ננטש היישוב.
לאחר המלחמה.
בשנת 1921, שבה חברת "נחלת ישראל - רמה" לפעול, נרשמה כ"חברה קואופרטיבית לקנית קרקעות בארץ ישראל" ופעלה לגייס כספים לשם הקמת יישוב במקום. בכספים שגייסה רכשה בית בגבעה ("אל בורג'") הסמוכה לנבי סמואל. באוגוסט 1922 ביקר בנבי סמואל הנציב העליון הרברט סמואל ומושל ירושלים רונלד סטורס, כדי לחנוך את מבנה הקבר והמסגד לאחר ששופץ בעקבות הנזקים הקשים שנגרמו לו במלחמת העולם הראשונה. בטקס נכח גם המופתי של ירושלים, אמין אל-חוסייני. אנשי "נחלת ישראל - רמה" נפגשו איתו וביקשו שיפעל למען סלילת כביש למקום, מסיבות שונות ננטש היישוב "רמה" (לפי יהודה דוד אייזנשטיין, בספרו אוצר זכרונותי גרו יהודים במקום רק חצי שנה). בימי המנדט הבריטי המקום היה פתוח למבקרים תמורת תשלום ותשלום נוסף נגבה מהמעוניינים לעלות לצריח. המוסלמים אסרו את הכניסה לחדר בקומה המרכזית ומסיבות בריאותיות נאסרה הכניסה למערה.
מלחמת העצמאות.
במלחמת העצמאות במהלך מבצע יבוסי, ניסה גדוד "הפורצים" - הגדוד הרביעי בחטיבת הראל של פלמ"ח לכבוש את הכפר. פלוגה בפיקודו של חיים פוזננסקי הסתערה במעלה הגבעה אך נבלמה באבדות כבדות.
לאחר הקמת המדינה.
בשנות החמישים פעל מן המקום השודד והרוצח מוסטפא סמואלי - בשנת 1953 בוצעה פשיטה על הכפר על ידי אנשי יחידה 101 במטרה לפגוע בסמואלי, וביתו (שנמצא ריק) פוצץ. כוחות משמר הגבול הרגו אותו לבסוף ב-1956.
לאחר 1967.
במהלך מלחמת ששת הימים נכבש האתר על ידי חטיבת הראל מידי הלגיון הירדני. בינואר 1968, נפתחה מערת "קבר שמואל הנביא" למבקרים. ב-1969 ניטע יער למרגלות נבי־סמואל.
סביב המסגד והקבר המיוחס לשמואל הנביא, שכן הכפר נבי סמואל (אַ-נַבִּי צַמְוִיל). עד שנת 1967 חיו בכפר יותר מאלף איש, וחלקם ברחו במהלך מלחמת ששת הימים. בתחילת 1969 הוציא הממונה על הרכוש הממשלתי והנטוש באזור יהודה ושומרון צו תפיסה לכפר. ב-1971 נהרס הכפר על ידי צה"ל ותושביו פונו לשטח סמוך לגבעה ממזרח ללב האתר (כיום מתגוררים במקום כ-250 תושבים). באותה שנה בא להתגורר במקום המוזיקאי שמוליק קראוס בבית נטוש. לטענתו ירש מסבתו חלקת אדמה בכפר. הוא פונה מהמקום אחרי יומיים. במקביל באותה תקופה, החלה ירושלים להתרחב צפונה, ובקרבת מקום נבנתה שכונת רמות (המשמרת בשמה את 'רמה'). בשנת 1973 הציע ראש עיריית ירושלים טדי קולק לספח את נבי סמואל לירושלים ולשמור אותו כשטח ירוק פתוח לרווחת תושבי העיר.