Τις πρώτες επιστημονικές βάσεις στην εξερεύνηση της Ιθάκης τις έθεσε ο Άγγλος αρχαιολόγος W. Gell, που επισκέφθηκε το νησί στα 1807 και αναζήτησε το Οδυσσειακό Άστυ στην κορυφή του Αετού. Περιγράφει με λεπτομέρεια τα τείχη του αρχαίου κάστρου που βρίσκονται εκεί και τα χαρακτηρίζει σαν ανάκτορο του Οδυσσέα.

Οι πρώτες ανασκαφές έγιναν από τον Άγγλο αρχαιολόγο W. Leake to 1806, κυρίως στην περιοχή Αι Γιώργη του Αετού.

Η πιο σημαντική προσφορά του Leake ήταν η λεπτομερής επιστημονική περιγραφή των αρχαίων κτιριακών λειψάνων σε διάφορες τοποθεσίες της Ιθάκης, όπως η πηγή της Αρεθούσας, του Μελανούδρου (Μελάνυδρη πηγή) και η αρχαία πόλη του Σταυρού. Κατά τον Leake, η αρχαία πόλη της Ιθάκης ήταν στον Σταυρό.

Στην Ιθάκη έκανε ανασκαφές και ο Schlieman το 1868 και το 1878. Συγκεκριμένα, στην περιοχή Πόλη του Σταυρού , στη Σχολή του Ομήρου , στον Αετό, στη Μαρμαροσπηλιά (Σπήλαιο των Νυμφών) και στον Μαραθιά, αλλά δεν μπόρεσε να συνεχίσει το έργο του, γιατί τον πρόλαβε ο θανάτος του το 1890.

Τα ευρήματα από τις ανασκαφές του Schlieman, που περιγράφονται στα ημερολόγια του δεν είναι γνωστό που ακριβώς βρίσκονται.

Το 1900, ο αρχαιολόγος Dorpfeld, έσκαψε στα Πηλικάτα του Σταυρού, στο Κάστρο του Αετού και στο χώρο της Σχολής του Ομήρου, χωρίς να βρεί τίποτα σημαντικό , εκτός από τεμάχια αγγείων μη μυκηναικών.

Σημαντική ανασκαφική προσπάθεια έκανε το 1904 ο Ολλανδός αρχαιολόγος Vollgraff, που ερεύνησε το Βαθύ, τη Μαρμαροσπηλιά, τον Αετό, την περιοχή της Σχολής του Ομήρου , την πηγή του Μελανούδρου και την Πόλη του Σταυρού, όπου βρήκε μερικά μεταγενέστερα κτίσματα, αλλά και κομμάτια προμυκηναικών αγγείων.

Ένα χρόνο αργότερα (1930) η Ελληνική Αρχαιολογική Εταιρεία, με έφορο το Ν. Κυπαρίσση, πραγματοποίησε τις πρώτες επίσημες ανασκαφές στην Μαρμαροσπηλιά, στον Μαραθιά, στον Αγρό και στην Σχολή του Ομήρου . Δεν έγινε, όμως , καμμιά επίσημη αναφορά για τα αποτελέσματα των ανασκαφών και ακόμη δεν ξέρουμε που βρίσκονται τα ανασκαφικά ημερολόγια. Την ίδια χρονιά ο Άγγλος καθηγητής αρχαιολόγος W.A. Heurtley έφερε στο φως πολλά και εντυπωσιακά αρχαιολογικά ευρήματα. Αποτέλεσμα των ανασκαφών του στο λόφο των Πηλικάτων ήταν η ανακάλυψη του τείχους που προστάτευε την αρχαία πόλη και χαρακτηρίστηκε μυκηναικό από τα κομμάτια των αγγείων που βρέθηκαν. Ακόμη βρέθηκαν τεμάχια προιστορικών κτισμάτων και πολλά πρωτοελλαδικά (3000-2500 π.Χ. ) όστρακα, καθώς και λίθινα πελέκια, πήλινες χάντρες και μυλόπετρες , που οδηγούν στο ασφαλές συμπέρασμα ότι υπήρχε εκεί πρωτοελλαδικός οικισμός, από τους ελάχιστους στον ελληνικό χώρο.

Ανάμεσα στα πρωτοελλαδικά (3000-2600 π.Χ ) ευρήματα του Heurtley από τον λόφο των Πηλικάτων, βρίσκουμε και πολλά ταφικά κτερίσματα, όπως ζωόμορφα ειδώλια από πηλό, λεπίδες οψιανού, λίθινα κουμπιά , καθώς και δύο εγχάρακτα κεραμικά όστρακα , από τα οποία το ένα έφερε το σχήμα πλοίου και την επιγραφή γραφή Α΄ NU (PINA) – ME – SO – TI που ερμηνεύεται ως η νύμφη με έσωσε.

Αυτά τα τελευταία ευρήματα αποδεικνύουν πως στην Ιθάκη ζούσαν Έλληνες πολύ πριν το 1600 και το 1200 π.Χ., που την κατέλαβαν αντίστοιχα οι Αχαιοί και οι Δωριείς, αλλά ακόμα και πριν από τους Ίωνες το 2000 π.Χ.

Το σημαντικότερο, όμως, εύρημα του Heurtley προέρχεται από τη σπηλιά του Λοίζου, στη ΒΔ πλευρά της παραλίας της Πόλης του Σταυρού και είναι ένα κομάτι από πήλινη γυναικεία μάσκα του 2^ου αι. π.Χ με την επιγραφή ΕΥΧΗΝ ΟΔΥΣΣΕΙ, καθώς και επιγραφές πάνω σε διάφορα όστρακα και πέτρες που αποδεικνύουν ότι η σπηλιά ήταν ιερός χώρος, όπου λατρευόταν ο Οδυσσέας, ως ημίθεος, αλλά και άλλες θεότητες, όπως η Άρτεμις, η Αθηνά, η Ήρα και οι Νύμφες.

Ακόμη βρήκε ένα μικρό ελεφάντινο αγαλματίδιο του 4 ου π.Χ, που παριστάνει έναν άνδρα τυλιγμένο σε χάλκινο σύρμα, ίσως τον Οδυσσέα δεμένο στο κατάρτι του πλοίου του.

Άλλο σημαντικό εύρημα του Heurtley στη Σπηλιά του Λοίζου , είναι οι δώδεκα γεωμετρικοί τριποδικοί λέβητες από χαλκό, που τοποθετούνται χρονικά ανάμεσα στον 9 ο και 8 ο αι. π.Χ. και θυμίζουν εκείνους που έφερε ο Οδυσσέας από το νησί των Φαιάκων. Άλλα ευρήματα της Σπηλιάς του Λοίζου που είχαν έρθει στο φώς κατά το παρελθόν ήταν : ένα ξίφος, ένα ακόντιο, διάφορα αγγεία, ένας χάλκινος γεωμετρικός τρίποδας, κομμάτι ανεπίγραφου κίονα, μία επιγραφή αφιερωμένη στην Αθηνά κ.ά.

Ο Heurtley συνεχίζοντας τις ανασκαφές του και το 1931 με βοηθούς την S. Benton και την H. Lorimer βρήκε στην περιοχή του Αι Γιώργη στον Αετό, τα θεμέλια ενός μεγάλου ιερού και στον Πίσω Αετό τα υπολείμματα ελληνιστικού τείχους, μάλλον τμήματος του αρχαίου λιμανιού.

Στην περιοχή του Αετού βρέθηκαν και πρωτογεωμετρικά αγγεία (1100-800 π.Χ.), που φανερώνουν μια τοπική τεχνοτροπία, επηρεασμένη από τη μυκηναική παράδοση.

Τις τελευταίες προπολεμικές ανασκαφές στην Ιθάκη διενήργησαν με επιτυχία η S. Benton με την H. Waterhouse.

Το 1938 ανακάλυψαν μυκηναικό κτίσμα πάνω από την παραλία της Πόλης στη θέση Τρείς Λαγκάδες. Ακόμη βρήκαν πολλά κομμάτια αγγείων, άριστα διατηρημένα, καθώς και υπολείμματα προμυκηναικών κτισμάτων.