کاوش در چغازنبیل از سال ۱۹۳۵ میلادی توسط هیئت فرانسوی مستقر در شوش آغاز شد و عمده کاوش ها به سرپرستی رومن گیرشمن از سال ۱۹۵۱ تا ۱۹۶۲میلادی انجام گرفت. در مرکز شهر، بزرگترین معبد که همان زیگورات است، قرار دارد. زیگورات چغازنبیل در دو مرحله ساخته شده است. در مرحله اول فقط یک حیاط مربع با اتاقهایی در اطراف حیاط بوده است. ورودی این اتاقها به حیاط مرکزی باز میشدند.
در مرحله دوم، ورودیهای اتاقها را مسدود کردند و طبقات دوم، سوم و چهارم را به صورت حجمهای تو پر خشتی از کف حیاط مرکزی ساختند. پی هر سه این طبقات بر حیاط مرکزی قرار دارند. راه دسترسی به اتاقهایی که قبلا ورودی آن از حیاط مرکزی بود، نیز از سقف طبقه اول و با کمک پلکان بوده است. بر روی طبقه چهارم نیز، معبد اعلی را ساختند. احتمالا زیگورات در زمان رونق شهر، حدود ۵۲ متر ارتفاع داشته که امروزه فقط دو طبقه و نیم از آن به ارتفاع ۲۵ متر از سطح زمین باقی مانده است.