中国史籍中最早关于楼兰王国的具体记载，见于《史记·大宛列传》。根据记载，楼兰是一个西域小国，建国于盐泽边上，有城郭，然而“兵弱易去”。这里的“盐泽”，指的是罗布泊。到汉代史学家班固撰写《汉书》时，楼兰王国有1570户人家，共14100口人，国都名“打泥”。《汉书》进一步介绍了楼兰的生态环境：“地沙卤少田，寄田仰谷分国。国出玉，多葭苇(芦苇)、枝柳(红柳)、胡桐家胡杨)、白草(芨芨)。民随畜牧，逐水草。有驴马，多骆驼。能作兵，与婼羌同。”
汉昭帝时，楼兰改国名为部善，并请求朝廷驻军伊循。昭帝便在伊循城置都尉，行屯田。从此楼兰便成为中央政府控制西域的战略支点。东汉时，楼兰在丝绸之路上依然占据着重要的位置。东汉政府在楼兰大规模屯田，开发楼兰。此后直至魏晋累几百年之久，楼兰一直是内地通往西域的重要交通枢纽，再后来，楼兰便很少见于史载，逐渐地神秘消失了。
海头古城，1988年自治区文化厅文物处组织的罗布泊文物队伍在部队的配合协助下，经过32天的奋战，在楼兰古城西南找到了“海头”（被斯坦因编号为lk古城）等两座古城并测绘了国内第一张该两座古城的地形图，采集了一批珍贵文物标本，进一步填补了罗布泊地区考古的空白。
米兰遗址，是一个面积广大的区域，遗址中主要包括米兰城郭、两座佛寺及墓地。在沿城墙、佛寺的墙基处，东一个西一个刨挖的大坑随处可见。米兰，属古楼兰国的地域，中国汉代曾在这里屯田，一种有争议的说法认为这里是楼兰国迁都后的新国都。这里曾发现过“印度文化特征的绝妙壁画”——带翼天使，以及公元8－9世纪的吐蕃藏文木牍；这里是揭示楼兰古国神秘兴衰的重要史迹，是佛教东传由新疆进入内地的重要地域，也是史记中少见的吐蕃与西域交流的证明。
小河墓地，1934年5月，一支探险队在楼兰库姆河边扎下营地。他们要寻找隐藏在库姆河流域的一个“有一千口棺材”的古墓地。
两个月中，罗布“猎驼人”奥尔得克等人一次次搜寻都劳而无功。就连奥尔得克本人都猜测，古墓已让十几年间新形成的河湖水域给淹没了，或者是被某次强烈的黑风暴重新埋葬了。月底，探险队向更靠近罗布荒原西南的绿洲带挺进。
不久，他们发现了一条流向东南的河流。它有20米宽，总长约120公里，水流迟滞，一串串小湖沼被芦苇、红柳环绕。它是库姆河复苏后出现的新河，历史不足10年。在他们沿这条河流进入沙漠前，临时给它起了一个名字“小河”。“小河”东岸4－5公里，有一个浑圆的小山丘。远远看去山丘顶部有一片密密的枯立木，高4－5米。奇怪的是，枯立木的株距极近，一株连着一株，互相支撑着。 山丘上，遍地都是木乃伊、骷髅、被支解的躯体、随时绊腿的巨大木板和厚毛织物碎片。在一船形木棺中，有一具保存完好的女尸。打开棺木，严密的裹尸布一碰就风化成粉末了。揭开覆盖在面部的朽布，一个年轻美丽的姑娘，双目紧闭，嘴角微翘，就像着了魔法刚刚睡去，脸上浮现着神秘会心的微笑。这就是传说中的“楼兰公主”或“罗布女王”。她已在沙漠之下沉睡了2000多年。她长发披肩，身材娇小，身高仅5.2英尺。
在10x16平方米的山顶，有彩绘的巨大木柱，精美的木栅栏，真人一样大的木雕人像，醒目的享堂（墓地的地面建筑）。专家认定，这是一处重要陵墓。
1998年，一批考古专家力尽艰难险阻到达了罗布荒漠。他们意外地看到了一些类似废弃的城墙的痕迹，无所遮掩地袒露于黄天之下。在一个百岁罗布老人的指引下，证实这是一个已成为废墟的罗布人的村庄。
小河也许是一个楼兰古遗址———古城居民们的公共墓地。经过近百年来探险家、考古家们的忙碌，已在罗布荒漠发现了许多大规模的墓葬及随葬物品。
太阳墓，太阳墓位于孔雀河古河道北岸。它是1979年冬被考古学家侯灿、王炳华等所发现，古墓有数十座，每座都是中间用一圆形木桩围成的死者墓穴，外面用一尺多高的木桩围成7个圆圈，并组成若干条射线，呈太阳放射光芒状。 经碳14测定，太阳墓已有3800年之久，它是哪个民族哪个部落的墓地？为何葬在这里？这群人居住何方？是把太阳当做图腾建造此墓还是有别的意义……20年过去，仍是个不解之谜。罗布泊文明和楼兰文明之间近2000年的断裂又是怎么一回事？也许待太阳墓之谜解开也便有了结论。
这里出土了距今3800年、为印欧人种的“楼兰美女”。发现了近10处古代人类遗址，一些石球、手制加沙陶片、青铜器碎片、三棱形带翼铜镞、兽骨、料珠等人类遗物，暴露在未被沙丘完全覆盖的黄土地表面。还有一些5000－6000年以前的石刀、石矛、石箭头、细小石叶、石核等。这清楚地显示，今天已是不毛之地的楼兰，自新石器后期、青铜时代直至汉代前期，的确曾绿草萋萋，森林覆盖率达到40%。
瓦石峡古城，瓦石峡又名凹石峡，巴什夏尔，古城又称弩支城。位于新疆若羌县城西部80公里的瓦石峡乡博孜也尔村西南附近的沙丘中，这里是古楼兰国的经济重镇，也是中亚粟特人居住和生活的中心。
楼兰古城之谜，到新疆，对一个探险旅游者来说，有一处地方是充满吸引力的。这个被称为“沙漠中的庞贝”的神秘古城，就是西域古国楼兰。
古楼兰位于今新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌县罗布泊西岸，是新疆最荒凉的地区之一。这里悠久的历史、天方夜谭似的传说故事是多么令人神往；它那神秘地在地球上消失，又意外地出现，引起多少人的兴趣——许多中外游人和探险家都不辞辛劳地沿着丝绸之路向西进发，去目睹这座历史文化名城——古楼兰。1979年1月，我国已故科学家彭加木就曾从孔雀河北岸出发，徒步穿过荒漠到达楼兰遗址考察。
楼兰在历史上是丝绸之路上的一个枢纽，中西方贸易的一个重要中心。司马迁在《史记》中曾记载：“楼兰，姑师邑有城郭，临盐泽。”这是文献上第一次记载楼兰城。西汉时，楼兰的人口总共有1万4千多人，商旅云集，市场热闹，还有整齐的街道，雄壮的佛寺、宝塔。然而当时匈奴势力强大，楼兰一度被他们所控制，他们攻杀汉朝使者，劫掠商人。汉武帝曾发兵破之，俘虏楼兰王，迫其附汉。但是楼兰又听从匈奴的反间之计，屡次拦杀汉朝官吏，汉昭帝元凤四年（公元前77前，大将军霍光派遣傅介子领几名勇士前往楼兰，设计杀死了楼兰王尝归，立尝归的弟弟为王，并改国名为鄯善，将都城南迁。但是汉朝并有放松对楼兰的管理，“设都护、置军候、开井渠、屯田积谷”，楼兰仍很兴旺。
东晋后，中原群雄割据，混战不休，无暇顾西域，楼兰逐渐与中原失去联系。到了唐代，中原地区强盛，唐朝与吐蕃又在楼兰多次兵戎相见。“五月天山雪，无花只有寒。 笛中闻折柳，春色未曾看。 晓战随金鼓，宵眠抱玉鞍。 愿将腰下剑，直为斩楼兰。”（李白《塞下曲》）。“青海长云暗雪山， 孤城遥望玉门关。黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还。”（王昌龄《从军行》）可见，楼兰在唐朝还是边陲重镇。然而，不知在什么年代，这个繁荣一时的城镇神秘地消失了。楼兰古国究竟在何方呢？成了人们猜了若干世纪的不解之谜。
1900年3月，著名瑞典探险家斯文赫定带领一支探险队到新疆探险，他们在沙漠中艰难行进。我国维吾尔族人爱克迪在返回原路寻找丢失的铁斧，遇到了沙漠狂风，意外地发现沙子下面一座古代的城堡。他把这发现告诉了斯文赫定。第二年斯文赫定抵达这神秘城堡，发掘不少文物，经研究后断定，这座古城就是消失多时古楼兰城。
楼兰城的再现，引得各国探险家争相前往探险觅宝。英籍匈牙利人斯坦因、美国人亨迁顿、日本人桔瑞超先后抵达这座“有高度文化的古城遗址”，掠走了一批重要文物。
楼兰城从沙丘下被人发现了，但一个更大的谜困惑着探险家们：繁华多时的楼兰城为什么销声匿迹，绿洲变成沙漠、戈壁，沙进城埋呢？
1878年，俄国探险家普尔热瓦尔斯基考察了罗布泊，发现中国地图上标出的罗布泊的位置是错误的，它不是在库鲁克塔格山南麓，而是在阿尔金山山麓。当年普尔热瓦尔斯基曾洗过澡的罗布泊湖水涟漪，野鸟成群，而今却成了一片荒漠、盐泽。也就是说，罗布泊是个移动性的湖泊，它实际的位置在地图位置以南2度纬度的地方。
普尔热瓦尔斯基部分解开了这个谜。1979年和1980年，新疆科学工作者对它进行了几次详细考察，终于揭开了这个被风沙湮没1600多年的“沙中庞贝”之谜，使人看到了它的本来面目。
楼兰古城的确切地理位置在东经89度55分22秒，北纬40度29分55秒。它占地面积为10万8千多平方米。城东、城西残留的城墙，高约4米，宽约8米。城墙用黄土夯筑；居民区院墙，是将芦苇扎成束或把柳条编织起来，抹上的粘土。全是木造房屋，胡杨木的柱子，房屋的门、窗仍清晰可辩；城中心有唯一的土建筑，墙厚1。1米，残高2米，坐北朝南，似为古楼兰统治者的住所；城东的土丘原是居民们拜佛的佛塔。
罗布泊怎会游移呢？科学家们认为，除了地壳活动的因素外，最大的原因是河床中堆积了大量的泥沙而造成的。塔里木河和孔雀河中的泥沙汇聚在罗布泊的河口，日久月长，泥沙越积越多，淤塞了河道，塔里木河和孔雀河便另觅新道，流向低洼处，形成新湖。而旧湖在炎热的气候中，逐渐蒸发，成为沙漠，水是楼兰城的万物生命之源。罗布泊湖水的北移，使楼兰城水源枯渴，树木枯死，市民皆弃城出走，留下死城一座，在肆虐的沙漠风暴中，楼兰终于被沙丘湮没了。
楼兰的消失跟人们破坏大自然的生态平衡也有关系。楼兰地处丝绸之路的要冲，汉、匈奴及其他游牧国家，经常在楼兰国土上挑起战争；为了本国的利益过度垦种，使水利设施、良好的植物受到严重破坏：“公元三世纪后，流入罗布泊的塔里木河下游河床被风沙淤塞，在今尉犁东南改道南流，”致使楼兰“城郭岿然，人烟断绝”、“国久空旷，城皆荒芜。”