Arbeidet med keisermyntene fra Egypt hadde ført Zoega inn i inngående studier av egyptiske oldsaker, men det som opprinnelig hadde ført Zoega til Italia, var allikevel klassiske arkeologi, som han også hele tiden hadde dyrket ved siden av de egyptiske studier. Roma var den gang stedet, hvor den greske og romerske oldtidskunsten best kunne studeres, og Zoega skaffet seg med sin utrolige flid i årenes løp kunnskap til så godt som alt, som fantes i Roma og omegn av oldtidens monumenter og kunstverk. Og han var tidlig klar over oppgaven, som lå foran ham, å kritisk ordne alle de enkelte monumenter, avbilde dem og ledsage dem med en opplysende kommentar og dermed skape et grunnlag for vitenskapelig bruk av disse oldtidsverk for å forklare fortidens liv og kunst. Som forarbeid til dette laget han et ekstrakt av hele den greske og romerske litteratur. Av alt som hadde betydning for forståelsen og forklaringen av monumentene og kunstfremstillingene, slik at han uhindret kunne foreta systematiske beskrivelser av alle oldtidsverk, som han hadde mulighet til at få at se. Blant disse minnesmerker hadde han en særlig forkjærlighet for relieffene, hvor ikke bare kunsten, men like mye det mangfoldige innholdet tiltrakk ham. Men først i de to siste årene av Zoegas liv bød det seg mulighet til å få et slik verk frem; det ble utgitt heftevis, og det kom ut i alt 115 stykker, som allikevel bare var en mindre del av det planlagte verket; de inneholdt relieffer fra Palazzo og Villa Albani (, to bind, Roma 1808). Zoegas italienske tekst er ikke bare beskrivelser, men behandler i blant om enkelte guders eller helters myter under ett. Han voktet strengt over, at avbildningene ble tro og nøyaktige. Av hans mindre avhandlinger om klassisk arkeologi (oversatte på tysk av Friedrich Gottlieb Welcker i , Göttingen 1817) var flere ment til opplesing i det romerske institutt, noen var også i dansk oversettelse tatt med i Videnskabernes Selskabs skrifter 1800 og de følgende år.