遗址面积约为5万平方米。60年代初，山东大学历史系刘敦愿从一件题有高风翰诗序，画有插莲花三足陶器的绘画条幅中发现线索，按图索骥，找到这处古遗址。1974年秋和1975年春，中国社会科学院考古研究所山东队对遗址进行两次考古发掘，共出土文物2000余件。遗址的地层堆集分为上、下两层，上层属龙山文化层，下层为大汶口文化层，经两次发掘，出土文物达2000余件，是一处内涵极为丰富的古遗址。

　　出土文物中最珍贵的是蛋壳黑陶,经修复完整的有25件,其中在中国历史博物馆展出的黑陶高柄杯,高20厘米,重量只有39克,口沿部分厚度仅有0.3毫米,在制陶史上,堪称绝代佳作。另有3件兽形陶，一为猪形,一为狗形,另一件形状奇特,莫可名状。同时,还发现两件锥形器,经鉴定,含铜80％,含铅、锌20％,证明龙山文化时期确已掌握了冶铜技术。

　　大汶口文化层还发现房址4座，其中完整的1座，面积近8平方米。土墙以浅槽为基，采用多层结构的柱洞，房内挖有1.4米深的大窖穴，内贮粟1立方米余。发现20多个贮藏物品的窖穴，多为平底，呈圆形或椭圆形。在龙山文化层中只发现有零星柱洞与贮藏物品的窖穴30多个，也是平底、圆形或椭圆形。氏族墓地发现两处。属于大汶口文化的墓葬60余座，墓穴排列比较整齐，长宽各约2米，以单人仰身直肢葬为主，少数为仰身屈肢葬。头向多西偏北，均头部变形，有拔除侧门齿习俗。尸体有的口含玉，有的骨架附近放置海螺和蛤蜊壳，也有的手握獐牙或长条形的蚌器。随葬器物主要置于脚下，而在手臂旁放置黑陶高柄杯、石钺、蚌匙等物。随葬陶器有规鬲、鼎、钵、罐、豆、尊、杯等。男性多随葬少量生产工具，为石斧、锛、铲、钺等；妇女多随葬骨针、锥、石纺轮或陶纺轮等，显示了男女在生产活动上的分工。有的墓葬中，随葬器物多达数十件，殉葬猪下颌骨达37块，说明墓主可能是氏族社会中有特殊地位的人物。属于龙山文化的墓葬约有百座，多为单人仰身直肢葬，个别为屈肢葬或俯身葬，亦头西脚东。随葬器物与大汶口类型墓葬相似，随葬蛋壳陶的墓主可能是酋长或富有者，个别随葬器物上发现涂有朱红，可能具有某种宗教意义。

　　2006年三里河遗址作为新石器时代的古遗址，被国务院批准列入第六批全国重点文物保护单位名单。