Après une occupation gauloise indéterminée mais vraisemblable, le site affirme un caractère résidentiel entre le I^er et le III^e siècle. Il est ensuite voué à l'inhumation, à proximité de la tombe de saint Martin. Du V^e au XVIII^e siècle, il accueille diverses structures du monastère martinien.
La fouille s'est déroulée à travers plusieurs campagnes : zone 1 (cour) en 1979, zones 2 (cave) et 3 (cour du cloître) en 1981, zones 4 et 5 (cour du cloître) en 1982, en fonction de l'accessibilité des terrains liée à l'avancement du programme de restauration des bâtiments transformés en habitations, sans atteinte au sous-sol.

Présence gauloise
Un sondage d'une dizaine de m² au fond d'une cave en deuxième sous-sol, a livré des monnaies gauloises associées à de la céramique gallo-romaine de la première moitié du I^er siècle de notre ère : 14 potins attribués aux Turons ont été identifiés, auxquels s'ajoutent plus d'une trentaine de tessons non tournés, de tradition gauloise (gobelets, assiettes, coupe carénée, urne). L'ensemble était lié à une construction établie sur une succession de sols et de sables alluviaux.
Après les découvertes du site gaulois de Clocheville (site 67) en 2001, la présence de ces éléments prend aujourd'hui une nouvelle signification, car elle contribue à préciser une aire de répartition ou de concentration de trouvailles gauloises dans le sol de Tours.

Une domus du Haut-Empire
Une grande domus à péristyle succède, au début du II^e siècle, à plusieurs phases de construction successives, dont une habitation en architecture mixte, terre et bois, sur solin du Ier siècle, dotée de peintures murales.
La domus est abandonnée dans le courant du III^e siècle.

De la nécropole au monastère
Une nécropole lui succède, qui regroupe, du moins dans l'emprise de la fouille, une majorité d'enfants. À la fin du V^e siècle, un important chantier de construction comprenant un atelier de mosaïstes apparaît dans la partie nord de la fouille. Il correspond à l'édification de la première basilique martinienne par l'évêque Perpet. Au sud de la fouille se trouve un bâtiment de bois de type inhabituel, interprété comme un abri temporaire aménagé pour abriter le corps de saint Martin pendant le remplacement de la chapelle funéraire primitive par la basilique.
Secteurs d'activités domestiques, d'habitation, d'inhumations de laïcs ou de clercs cohabitent ou se succèdent jusqu'aux raids scandinaves du IX^e siècle et à la réorganisation canoniale qui leur succède et qui réserve aux hommes d'Eglise et à leurs serviteurs. Les autres laïcs sont alors tenus hors du cloître.
La construction, au X^e siècle, du castrum de Saint-Martin se traduit par une distinction claire entre les espaces réservés à la vie commune des chanoines – salle du chapitre, cloître à galeries, cimetière – et ceux réservés à leur vie privée – les maisons individuelles – dans l'enceinte du monastère. La fouille a livré, pour la période s'étendant du XI^e au XVIII^e siècle, les sépultures et les traces d'activité (toutes les deux dans le préau du cloître dans les zones 3 et 5), et les vestiges de maisons canoniales dans la zone 1.