Με βασικό εφόδιο τις περιγραφές του Παυσανία και με στόχο την αναζήτηση των γνωστών μνημείων της Λακωνίας, οι περιηγητές του 18ου και του πρώιμου 19ου αιώνα, με κύριους εκπροσώπους τους William Leake και Charles Lenormant, το 1805 και 1829 αντίστοιχα, ταύτισαν το χαμηλό λόφο, όπου είχε ανεγερθεί το παρεκκλήσι της Αγίας Κυριακής, με τη θέση του ιερού του Απόλλωνα. Πρώτος ο Adolf Furtwängler αναγνώρισε το 1878 αρχιτεκτονικά λείψανα των μνημείων του ιερού, εντοιχισμένα στην παλιά εκκλησία του λόφου.
Οι συστηματικές έρευνες για την επιστημονική τεκμηρίωση και την αποκάλυψη του Αμυκλαίου και των βασικών μνημείων που το απαρτίζουν, δηλαδή του θρόνου, του βωμού και του περιβόλου, ολοκληρώθηκαν σε τρεις περιόδους: Το 1889/90 και το 1904/07 από τον Χρήστο Τσούντα και τον Ernst Fiechter αντίστοιχα, με εντολή της εν Αθήναις Αρχαιολογικής Εταιρείας, και το 1925 από το Γερμανικό Αρχαιολογικό Ινστιτούτο και τον τότε διευθυντή του Ernst Buschor.
Μεταξύ των σημαντικότερων ανακαλύψεων του Τσούντα συγκαταλέγονται ο περίβολος και τα λείψανα ενός κυκλικού οικοδομήματος, που ο ίδιος ερμήνευσε ως θεμελίωση της βάσης του θρόνου. Σε άμεση γειτνίαση με την κατασκευή αυτή, ο Τσούντας βρήκε έναν αποθέτη με υλικό που θεωρείται χαρακτηριστικό για την όψιμη περίοδο του ιερού, δηλαδή κεραμική και πήλινα ειδώλια από την Eποχή του Χαλκού και τη Γεωμετρική εποχή, καθώς και χάλκινα ειδώλια που, μεταξύ άλλων, απεικονίζουν τον Απόλλωνα.
Το ιερό γίνεται και πάλι αντικείμενο μιας νέας ανασκαφής το 1904, υπό τη διεύθυνση του Adolf Furtwängler. Τρία χρόνια αργότερα διεξήχθη μια δεύτερη γερμανική ανασκαφική πρωτοβουλία από το βοηθό του Adolf Furtwängler, Ernst Fiechter, ο οποίος και δημοσίευσε τα σχετικά ερευνητικά πορίσματα το 1917. Με βάση τα πορίσματα των ανασκαφικών εργασιών του, ο Fiechter συνήγαγε δικαίως το συμπέρασμα ότι αυτό που ο Τσούντας είχε ταυτίσει με τα θεμέλια του θρόνου είναι τελικά τα λείψανα ενός κυκλικού βωμού με βαθμιδωτή ανωδομή. Όπως και ο Furtwängler νωρίτερα, έτσι και ο Fiechter διατύπωσε την άποψη ότι η θέση του θρόνου θα πρέπει να ήταν στο σημείο που βρισκόταν την εποχή εκείνη η εκκλησία. Προκειμένου να επιβεβαιώσει την ορθότητα αυτής της σαφώς εύλογης υπόθεσης, ο Fiechter προέβη στην κατεδάφιση της Αγίας Κυριακής, με αποτέλεσμα να αποκαλυφθεί το μοναδικό μέχρι και σήμερα ορατό τμήμα της κατασκευής του θρόνου. Οι εργασίες αυτές οδήγησαν επίσης στην ανακάλυψη άλλων αρχιτεκτονικών μελών, όπως διακοσμητικές ταινίες με ανθέμια και άνθη λωτού, τμήματα επιστυλίων, σπόνδυλοι κιόνων, καθώς και κιονόκρανα-κονσόλες που συνδυάζουν στοιχεία του δωρικού και του ιωνικού ρυθμού. Όλα αυτά τα ευρήματα χρονολογήθηκαν από τον Fiechter στα τέλη του 6ου αιώνα π.Χ. Με το ίδιο ακριβώς αρχαίο υλικό, ωστόσο, ανεγέρθηκε την ίδια εποχή, βορειότερα του αρχαιολογικού χώρου, μια σύγχρονη εκκλησία, αυτήν τη φορά πάνω στα θεμέλια ενός βυζαντινού οικοδομήματος, το οποίο είχε ήδη αποκαλυφθεί από τον Τσούντα και χαρακτηρίστηκε από τον ίδιο ως βαπτιστήριο.
Η τρίτη γερμανική ανασκαφική διερεύνηση του ιερού των Αμυκλών διεξήχθη το 1925, υπό τη διεύθυνση του Ernst Buschor. Με βάση τα πορίσματα που συνήγαγε από την ανάλυση της στρωματογραφίας εξωτερικά της νοτιοανατολικής γωνίας του περιβόλου, ο Buschor προσπάθησε να τεκμηριώσει τη χρονολογική ακολουθία του ιερού. Ωστόσο, από μια ενδελεχή ανάλυση των θραυσμάτων από τα αγγεία που απεικονίζονται στη δημοσίευσή του, προκύπτει ότι τα όστρακα τελικά δεν μπορούν να αποδοθούν στις αντίστοιχες χρονολογικές φάσεις που εκείνος προτείνει και ότι, ακολούθως, η στρωματογραφία στο Αμυκλαίον δεν μπορεί να θεωρηθεί κανονική.
