Η τυχαία εύρεση της ενεπίγραφης, επιτύμβιας στήλης πολεμιστή του 510 π.Χ. στο χωριό Καμίνια της Λήμνου στάθηκε η αφορμή για την έναρξη της έρευνας στην ευρύτερη περιοχή του οικισμού προς το τέλος της δεκαετίας του 1920. Ο τότε διευθυντής της Ιταλικής Αρχαιολογικής Σχολής στην Αθήνα (ΙΑΣΑ), Alessandro Della Seta, με αφορμή τις γλωσσικές ομοιότητες που παρουσίαζε η στήλη με τις ετρουσκικές επιγραφές, άρχισε την περίοδο αυτή εκτεταμένες έρευνες στη Λήμνο. Καρπός των ερευνών αυτών, μεταξύ άλλων, υπήρξε και ο προϊστορικός οικισμός της Πολιόχνης, που ανασκάφτηκε από το καλοκαίρι του 1930 έως το 1936.
\
1939-1945
Στη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου η Πολιόχνη γίνεται ναρκοπέδιο, και τα κινητά ευρήματα από τη θέση αυτή, διάσπαρτα σε Αθήνα, Μυτιλήνη και Λήμνο, μετατρέπονται σε άμορφο σωρό.
\
1950
Το 1950, η ΙΑΣΑ επιστρέφει στην Πολιόχνη με διευθυντή τον Doro Levi, ο οποίος αναθέτει στον Luigi Bernabò-Brea το τιτάνιο έργο της αρχαιολογικής δημοσίευσης του μνημείου. Ο L. Bernabò-Brea κατορθώνει σε μία δεκαετία (1951-1961) να βάλει τάξη σε ανασκαφικά ημερολόγια και φωτογραφίες, να ανασυστήσει τη στρωματογραφική ακολουθία των ευρημάτων, να προβεί σε νέες ανασκαφικές έρευνες και να εκδώσει στα ιταλικά το 1964 τον πρώτο τόμο (PoliochniI) και το 1976 τον επόμενο (PoliochniII), με τα πορίσματα της έρευνάς του.Έκτοτε η προϊστορική Πολιόχνη εγκαταλείπεται για μεγάλο χρονικό διάστημα και τα κατάλοιπα του μνημείου παραμένουν ασυντήρητα και εκτεθειμένα.
\
1986
Το 1986 αρχίζει για πρώτη φορά ένα συλλογικό και συστηματικό πρόγραμμα επεμβάσεων σωστικού χαρακτήρα στα πολύπαθα κατάλοιπα του οικισμού. Με συντονισμένες προσπάθειες του Υπουργείου Πολιτισμού, της αρμόδιας Εφορείας Αρχαιοτήτων (τότε Κ΄ ΕΠΚΑ) και της ΙΑΣΑ, τίθεται σε εφαρμογή ένα πολυετές πρόγραμμα αναστηλώσεων και αποκαταστάσεων στην προϊστορική Πολιόχνη.
\
1994
Το 1994, ενόψει της υπογραφής της Διακήρυξης της Πολιόχνης για την προστασία του Αρχιπελάγους από προσωπικότητες της πολιτικής, της διανόησης, της επιστήμης και της τέχνης, πραγματοποιούνται αποκαταστάσεις σε μεγάλο τμήμα του οικισμού. Τότε κατασκευάζονται και οι απαραίτητες κτιριακές υποδομές για να οργανωθεί ο χώρος σε επισκέψιμο. Οι εργασίες συντήρησης αυτού του προγράμματος ολοκληρώνονται το 1997, παραλείποντας, ωστόσο, μεγάλο μέρος του οικισμού στην κατάσταση που είχε αφεθεί ήδη από τις ανασκαφές του Della Seta.
\
2015
Το 2015, με στόχο την προστασία του πολύπαθου μνημείου και την ολοκληρωμένη πλέον αποκατάσταση της προϊστορικής Πολιόχνης, η Εφορεία Αρχαιοτήτων Λέσβου υπέβαλε σχέδιο συντήρησης και ανάδειξης του αρχαιολογικού χώρου, το οποίο και εγκρίθηκε το ίδιο έτος από τις συναρμόδιες κεντρικές Υπηρεσίες του Υπουργείου Πολιτισμού και Αθλητισμού (Διεύθυνση Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, Διεύθυνση Αναστήλωσης Αρχαίων Μνημείων, Διεύθυνση Συντήρησης).
\
2016
Με αφορμή την έναρξη του νέου Επιχειρησιακού Προγράμματος για το Βόρειο Αιγαίο 2014-2020, τον Ιούλιο του 2016 εντάχθηκε από την Περιφέρεια Βορείου Αιγαίου η πράξη «Αποκατάσταση, συντήρηση και ανάδειξη αρχαιολογικού χώρου Πολιόχνης Λήμνου» με αυτεπιστασία από την Εφορεία Αρχαιοτήτων Λέσβου και τον Οκτώβριο του ίδιου έτους ξεκίνησαν οι εργασίες στο πεδίο. Το έργο ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2023. Στο διάστημα αυτό πραγματοποιήθηκαν εκτεταμένες έρευνες πεδίου, ενώ αποκαταστάθηκαν και συντηρήθηκαν το κεντρικό τμήμα του οικισμού, καθώς και ο νοτιοδυτικός περίβολος. Παράλληλα εκσυγχρονίστηκαν οι υποδομές του αρχαιολογικού χώρου, προκειμένου να είναι δυνατή σε αυτόν η πρόσβαση όλων των ομάδων επισκεπτών. Πραγματοποιήθηκαν εκπαιδευτικά προγράμματα, ενώ δημιουργήθηκε υλικό τεκμηρίωσης και ενημέρωσης προσιτό για παιδιά και ΑμεΑ.
\
2022
Τέλος το 2022 η Εφορεία Αρχαιοτήτων Λέσβου, απολογιστικά και με αυτεπιστασία, άρχισε την υλοποίηση νέου έργου στην προϊστορική Πολιόχνη, ενταγμένο στο Ταμείο Ανάκαμψης και Ανθεκτικότητας, με τίτλο «Αποκατάσταση δυτικού τομέα προϊστορικού οικισμού Πολιόχνης ν. Λήμνου». Το έργο αποβλέπει στην αποκατάσταση του δυτικού τμήματος του μνημείου, προκειμένου ο προϊστορικός οικισμός σταδιακά να συντηρηθεί στο σύνολό του.