1915年，毕业于清华学堂高等科的袁复礼赴美深造，在布朗大学学习生物学、考古学、植物学等课程。1917年，又转入哥伦比亚大学，开始学习地质学。

20世纪20年代，面对内忧外患、连年战乱的中国，袁复礼毅然回国，并迅速投入到地质调查工作中。1922年1月27日，袁复礼参与创建中国地质学会，这也是我国成立最早的自然科学学会之一，对促进中外学术交流和发展中国地质事业起着重要作用。1923年，袁复礼先后在兰州、张掖等地找寻含煤地层、调查旧煤窑，评价可供开采的煤田。其间，在平凉找到了奥陶纪的笔石化石，在武威西南发现了丰富的海相化石，首次确定了我国有早石炭世晚期地层，为研究我国石炭系地层及生物对比和古地理打下了基础。

虽然是一位地质学家，但袁复礼对考古学颇有兴趣。1921年，袁复礼跟随瑞典学者安特生在河南渑池仰韶村开展考古发掘工作，在仰韶村遗址第一次发掘中起到了核心作用。

在发掘过程中，袁复礼不仅对遗址进行了全面测量，还绘制了中国考古史上的第一幅等高线地图——《仰韶村遗址地形图和仰韶村南部等高线图》，这幅遗址地形图为后来的考古调查工作提供了精准的科学依据。

在仰韶文化遗址发掘过程中，袁复礼积极发挥自己的优势，主持日常发掘工作，并发掘实物包括骨器、石器、陶器等。仰韶文化的发现，揭开了中国现代考古研究的序幕，填补了中国考古文化发展史的空白，袁复礼也被考古界誉为“中国考古事业的先驱者之一”。