Археологические исследования на Афонтовой горе начал в 1884 году И. Т. Савенков. 3 августа 1884 года ему удалось найти изделие, форма которого могла свидетельствовать о палеолитическом возрасте памятника. Девять лет И. Т. Савенков наблюдал за разрезами по выработке кирпичной глины и зоной строительства железной дороги, на участке, впоследствии получившем название Афонтова гора I. Находки залегали на глубине от 1,2—1,5 до 1,7—1,9 метров.
В 1880—1890-е годы И. И. Савенковым была собрана коллекция из полутора тысяч экземпляров фауны и двухсот пятидесяти «древних изделий». Возможно, в это число входили и сборы с участков, названных позднее Афонтова гора III и IV и, возможно, II. В 1896 и 1899 годах на Афонтовой горе проводил сборы каменных орудий и ископаемых костей французский исследователь барон Жозеф де Бай (1853—1931)[1].
В 1892 году И. Т. Савенков представил результаты своих археологических исследований участникам II Международного антропологического конгресса в Москве.
В первое десятилетие XX века местные исследователи неоднократно предпринимали очень ограниченные работы на Афонтовой горе как по своей инициативе, так и по поручению ИРГО. В 1910—1913 годы сборы палеонтологического материала со склонов Афонтовой горы в районе дачи и библиотеки Г. В. Юдина проводил В. И. Громов. Летом 1914 года раскопки у нефтяного склада проводит И. Т. Савенков. Им было заложено шесть раскопов общей площадью 169 м². После смерти И. Т. Савенкова подъёмные сборы и небольшие раскопки предпринимались А. Я. Тугариновым (1919 год, Афонтова гора II, участок 5), Г. П. Сосновским (1919 год, Афонтова гора II, участки 1, 3), Г. Мергартом (1920 год, Афонтова гора II, участок 5), а также В. И. Громовым, С. М. Сергеевым, Н. К. Ауэрбахом.
В 1923 году Н. К. Ауэрбаху и Г. П. Сосновскому удалось организовать раскопки Афонтовой горы II на участке 2 («основном»), где был зафиксирован выход культурного слоя большой мощности. Здесь был заложен раскоп площадью 38 м², вскрытый на глубину до 13 метров. Результатом этих работ стала коллекция, в составе которой только каменных и костяных изделий насчитывалось более 250 единиц. В 1923 и 1924 годах на Афонтовой горе II найдены антропологические остатки двух особей вида Homo sapiens: 2-й ложнокоренной зуб подростка 11—15 лет, а также обломки левой лучевой, локтевой, плечевой костей и фаланга взрослого человека[2]. В 1924 и 1925 годах на участке 2 было вскрыто 42 и 28 м². Раскопками руководили Н. К. Ауэрбах, В. И. Громов и, частично, Г. П. Сосновский. Только с участка 2 было получено около 50 каменных орудий из верхнего культурного слоя, 450 каменных и 26 костяных орудий, 20 тысяч отщепов, около 250 пластин и микропластин, фаунистические остатки 27 видов животных и кости человека.