Thutmose I. byl pravděpodobně původně pohřben v hrobce KV20, kterou později sdílel se svojí dcerou Hatšepsut. Jeho tělo bylo později přesunuto do hrobky KV38, kterou pro něj nechal postavit jeho vnuk Thutmose III. Thutmose I. byl pravděpodobně prvním králem, který si postavil hrobku v Údolí králů, avšak tento primát může patřit i jeho předchůdci Amenhotepovi I. Poloha hrobky KV20 byla známa již od napoleonské expedice v roce 1799. V roce 1844 byla částečně prozkoumána pruským egyptologem Karlem Richardem Lepsiem, jehož expedice však odkryla pouze vrchní pasáže. Nicméně v následujících letech byla hrobka zasypána sutí a kameny a na své další vyklizení čekala až do roku 1904, kdy se této úlohy zhostil Howard Carter. Ten strávil dva roky jejím vyklízením, aby následně mohl vstoupit do dvojité pohřební komory.