北京人骨骼化石是在北京市西南房山周口店的龍骨山發現的。根據考古學家賈蘭坡的研究，周口店自宋代以來就出現“龍骨”，歷代不斷當藥材出售，因此，這個地方被稱為龍骨山。“龍骨”實際就是古生物和古人類的化石。清未以來，西方一些學者已經注意到對周口店“龍骨”的研究，民國初年開始了小規模挖掘。

1926年，奧地利古生物學家丹斯基，整理出周口店的兩顆古人類牙齒，當年引起了國際學界的轟動。1927年，由美國洛克菲勒基金會資助的、發掘“人類材料”的考古工作在龍骨山正式開始。當年又發現了一枚人齒化石，加拿大人步達生，以這顆牙齒為證，為新發現的這種原始人類起了個拉丁文學名——“中國猿人北京種”，俗名“北京人”。步達生攜帶這顆牙齒周游世界，但結果令人失望，國際學術界普遍認為他無知大膽，用如此少的材料居然得出了重大的結論。

繼續進行的發掘工作收獲不大，到1929年，洛克菲勒基金會的代表已經露出不再投資的想法，主持發掘的考古學家紛紛離去，只留下從北京大學地質系畢業不久的年輕助手裴文中繼續負責挖掘工作。不久，裴文中也接到來自北京的立即停止工作的命令，但是他決定再做一次最后的嘗試。這是一個有歷史意義的決定，這個簡單的決定將改變中國史前時代研究的命運。

12月2日，裴文中和一些考古學者來到北京西南48千米處的周口店，期望能夠發現更多遠古人類遺骨的化石。這一天，龍骨山上剛降過小雪，凜冽的寒風絲毫沒有影響到考古學者們的熱情。一切準備就緒，他們就用繩索把25歲的裴文中吊進深深的洞穴里，裴文中在洞內進行著艱苦的搜索，就在他即將離開洞穴的時候，他看到了洞口不遠處一個黑黑的、圓圓的東西，這正是他們夢寐以求的目標——距今50萬年的北京人的頭蓋骨。

以后陸陸續續挖掘，在周口店龍骨山共發現了23處遺址，其中以編號第一、第四、第十三、第十五的地點最重要，接連發現3個北京猿人的頭骨、十幾個下頜骨和一些腿骨、臂骨化石，并找到了大量的石器和用火的痕跡。尤其是第一個地點，發現的古物最有價值，有北京人完整的頭蓋骨、面骨、下顎骨、牙齒及殘破的腿骨、脛骨、臂骨、鎖骨、腕骨等共計100余件。