大墩牛罵頭文化最早是由日本學者森丑之助在日明治末年（西元1910 年左右）發現。日昭和5 年（西元1930 年），日本學者鹿野忠雄經考古研究而確定遺址的存在；民國84 年，內政部委託中研院史語所進行調查，在臺中公園音樂臺附近發現了紅色細繩紋陶罐殘片、打製斧鋤形器及石片器，更確認該址屬中部新石器時代的牛罵頭文化。

最大的挖掘工作在民國93 年間展開。當時，臺中市政府交通旅遊局在大墩土丘旁興建一座五星級廁所，國立自然科學博物館人類學組助理研究員屈慧麗發現此事，立即通知媒體並由市議員黃國書等人召開記者會，要求文化局進行搶救工作。

其後，考古出土的文物經碳十四測年距斷定，確認該遺址距今約3800 年，屬於新石器時代中期，陶器紋飾以繩紋陶為主，器型以紅、褐罐形器、缽形器最多。遺址分布在大墩土丘附近，面積約1 萬平方公尺，並正式命名為「臺中公園遺址」，由臺中市文化局列冊登錄。

依目前所發現，距今4000 多年，臺灣各地陶器都有繩紋裝飾，此特徵於日昭和18 年（西元1943 年）首次在臺中清水（古名牛罵頭）一帶被確定，日籍學者國分直一將其命名為牛罵頭文化，屬於新石器時代的中期左右。然而，在各項資料並不齊全下，目前學界對於牛罵頭文化的由來、演變及後續發展仍不大明瞭，僅知其分布相當廣泛，全臺各地都有其蹤跡，而臺中公園的大墩土丘，正是早期人類生活之處所，也是臺中早期的部落遺址所在。