1951年，在修建白沙水库的过程中，考古人员在工地发掘出数百座墓葬，其中有3座仿木砖筑结构的宋代家族墓，许多精美的壁画保存完好。1951年秋到1952年秋，是修建白沙水库工程最紧张的阶段。1951年12月上旬，考古发掘队到达水库工地。前期准备工作完成后，对最早发现的古墓进行发掘、清理，这就是后来被业界所称的一号宋墓或赵大翁墓。1951年12月，经过国家白沙宋墓考古发掘队共同努力，一号宋墓墓室里的大量淤土清理完毕。次日，考古队员点燃了几盏大煤油汽灯。叶浅予、董希文等人借助灯光，对墓室内的壁画进行记录、临摹。

1952年1月10日，一号宋墓的发掘工作基本完成。由于这座宋墓墓画上有内容为“元符二年赵大翁……”的题记，以及该墓地券中写有“大宋元符二年九月十日赵某……”的字样。考古人员又在一号宋墓的西北方向20米处、东北方向16米处，各发现了一座和一号宋墓形制类似的墓葬，分别命名为二号宋墓和三号宋墓。

三座墓葬中，年代较早的一座修建于北宋元符二年（1099年），据墓中文字，墓主叫作赵大翁，身份应是当地的地主或商人。另两座墓葬在赵大翁墓北，相对简略些。当时，白沙宋墓所在位置属登封县天中乡崛山村。据了解，仿木建筑的雕砖壁画墓流行于北宋末年中原和北方地区，白沙宋墓是这类墓葬中保存较好、结构最复杂、内容最丰富的一组。

1954年，宿白撰写的考古报告基本完成，同年在北京举办“全国基建中出土文物展览会”上展出了白沙宋墓的壁画摹本。1957年《白沙宋墓》正式出版，成为新中国成立后最早出版的考古报告之一。在我国历史考古学草创时期，《白沙宋墓》的编写无先例可循。

多年过去，《白沙宋墓》一版再版，其开创的编写体例和对墓葬结构、墓室壁画的精深考证，仍深刻地影响着同一历史时期考古学的研究。2001年3月，白沙宋墓被评选为“中国20世纪100项考古大发现”；2021年，被评为“百年百大考古发现”。作为北宋晚期仿木建筑雕砖壁画墓的考古发掘，白沙宋墓不论在墓葬的规模形制上，还是仿木建筑细部和彩画制作，以及雕砖壁画的题材和内容方面，都是空前的发现，也为世人打开了一扇窥探北宋历史文明和灿烂文化的窗口。