楼兰王国最早的发现者是瑞典探险家斯文·赫定。1900年3月初,赫定探险队沿着干枯的孔雀河左河床来到罗布荒原,在穿越一处沙漠时才发现他们的铁铲不慎遗失在昨晚的宿营地中。赫定只得让他的助手回去寻找。助手很快找回铁铲甚至还拣回几件木雕残片。赫定见到残片异常激动,决定发掘这片废墟。1901年3月,斯文·赫定开始进行挖掘,发现了一座佛塔和三个殿堂以及带有希腊艺术文化的木雕建筑构件、五铢钱、一封佉卢文书信等大批文物。随后他们又在这片废墟东南部发现了许多烽火台一起延续到罗布泊西岸的一座被风沙掩埋的古城,这里就是楼兰古城。古城平面近正方形,边长在330米左右,几乎全部为流沙所掩埋。城墙用粘土与红柳条相间夯筑。有古运河从西北至东南斜贯全城。运河东北有一座八角形的圆顶土坯佛塔。塔南的土台上,有一组高大的木构建筑遗迹,曾出土汉文、佉卢文文书及简牍、五铢钱、丝毛织品、生活用具等。运河西南的中部,有3间木构土坯大型房址,房中及其附近曾出土大量汉文文书、木简及早期粟特文和佉卢文文书,估计为衙署遗迹。其西的一组庭院,可能是官宦宅邸,南边分布着矮小的民居。城中出土的各种文书、简牍,被称作罗布泊文书。在20世纪初的考察过程中,大量楼兰文物被国外考察团掠走。