In den Jahren 1960 bis 1963 wurde der gesamte Innenraum der Stadtkirche St. Dionys archäologisch untersucht. Veranlasst waren die Ausgrabungen durch einen Heizungseinbau, der die ältere Anlage ersetzen sollte. Die Grabungen wurden von Seiten der Baudenkmalpflege veranlasst, da aus dem Testament des Abtes Fulrad von St. Denis bekannt war, dass er seine „cella” in Esslingen seinem Hauskloster vermachte. Dies ließ archäologische Aufschlüsse erwarten, die nicht nur unter dem Aspekt der Kirchengeschichte, sondern gleichermaßen unter dem der Siedlungsgeschichte von allgemeinem Interesse waren.

Wie bei archäologischen Grabungen üblich, wurden die einzelnen Befunde und Funde systematisch durch Zeichnungen, Fotografien und Beschreibungen dokumentiert, sodass - am Schreibtisch - eine wissenschaftliche Auswertung vorgenommen und fast 30 Jahre nach der Grabung in drei Bänden veröffentlicht werden konnte.

Für die Archäologische Denkmalpflege in Baden-Württemberg bedeuteten die Ausgrabungen in der Dionyskirche einen Wendpunkt. Nach Abschluss der Untersuchungen wurde die „Archäologie des Mittelalters” als fester Fachbereich in der Abteilung Kunst- und Baudenkmalpflege des damaligen Staatlichen Amtes für Denkmalpflege etabliert und bildet bis heute, nun beim Regierungspräsidium Stuttgart, Landesamt für Denkmalpflege, einen Fachbereich innerhalb der Archäologischen Denkmalpflege.

Zu Beginn der Mittelalterarchäologie standen noch vornehmenlich Grabungen in Kirchen im Mittelpunkt. Mit der Zeit wuchs das Interesse an Fragen der Siedlungs- und Stadtforschung sowie des Burgenbaus.

Nach der Ausgrabung wurde das Untersuchungsfeld nicht wieder mit Erdmaterial verfüllt, vielmehr baute man eine Betondecke über die Grabung, um die Befunde am Ort erhalten zu können. Damit wurde ein für die Siedlungs- und Christianisierungsgeschichte in Südwestdeutschlands wichtiges archäologisches Denkmal bewahrt. Das Ausgrabungsmuseum unter der Stadtkirche St. Dionys wurde neu gestaltet und der Öffentlichkeit 2001 zugänglich gemacht.