W latach 1959-1961 w rejonie Góry Zamkowej w Mielniku zostały przeprowadzone sondażowe badania archeologiczne. Prace prowadziła Irena Górska. W latach 1985-1987 r. na tym samym terenie badania prowadził Łukasz Rejniewicz. Odkryto materiał datowany na XI wiek. Według Ireny Górskiej na terenie wzgórza zamkowego i sąsiedniego (obecnie cerkiewnego) mogło funkcjonować równocześnie kilka osad. W trakcie badań z lat 80-tych znaleziono m.in. renesansowe kafle z ornamentem o tematyce roślinnej oraz kafle z monogramen A.S. (Sigismundus Augustus) w lustrzanym odbiciu. Ratownicze badania wykopaliskowe 2 kurhanów ze śladami ciałopalenia datowanych na przełom X/XI w. w Osłowie przeprowadziła również I. Górska w 1960 r. W 1974 r. badała ona także sondażowo grodzisko wczesnośredniowieczne w Niemirowie. Prospekcje powierzchniowe metodą AZP (Archeologicznego Zdjęcia Polski) w latach 1979-1982 i 1998 na terenie Gminy Mielnik prowadzili: K. Bieńkowska, K. Burek, A. Jaskanis, D. Jaskanis, J. Jaskanis, M. Kulisiewicz, A. Kruk, L. Pawlata i U. Stankiewicz. W ich wyniku zewidencjonowano ponad 150 stanowisk archeologicznych poświadczających osadnictwo od najstarszych okresów epoki kamienia aż po czasy nowożytne. Najstarsze, uchwytne ślady pobytu człowieka na terenie dzisiejszej gminy Mielnik znaleziono w okolicach Stankowicz. Materiał krzemienny z tamtego rejonu pochodzi z okresu 12000-8000 p.n.e. W trakcie badań powierzchniowych prowadzonych metodą AZP odkryto 20 stanowisk archeologicznych o metryce „brązowej” (ok. 1800/1700-750 p.n.e.). Zlokalizowano je głównie w rejonie Mielnika, Maćkowicz, Niemirowa, Osłowa i Wajkowa. Osadnictwo z pierwszych wieków naszej ery stwierdzono na stanowiskach archeologicznych w okolicach Niemirowa, Sutna, Osłowa, Mielnika, Wajkowa i Wilanowa. Do najciekawszych należy cmentarzysko kultury przeworskiej (ok. 200/100 p.n.e – pocz. 200 r. n.e.) w Niemirowie. W 1984 r. ratownicze badania wykopaliskowe prowadził L. Pawlata, zaś w 1985 – B. Czarnecka i K. Izak z Muzeum Okręgowego w Białymstoku. W ich trakcie odkryto 10 grobów ciałopalnych, 19 jam oraz fundamenty nowożytnego budynku związanego ze stanowiskiem artyleryjskim z okresu II wojny światowej. W 2015 r. na terenie mielnickiego parku przeprowadzono badania archeologiczne, we współpracy Instytutu Archeologii i Etnologii Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Instytutu Archeologii Uniwersytetu Rzeszowskiego. Kierowali nimi dr Michał Dzik i mgr Grzegorz Śnieżko. Poza pracami w rynku dr Łukasz Miechowicz z IAE PAN rozpoznał wykopaliskowo stanowisko archeologiczne znajdujące się na łąkach Sutna. Na mielnickim rynku wykonano łącznie 65 odwiertów. Najstarszym, odkrytym na rynku śladem działalności ludzkiej jest warstwa pożarowa zalegająca na głębokości blisko trzech metrów. Do oczyszczania terenu ogniem doszło prawdopodobnie między poł. XII a poł. XIII w. Ślady użytkowania badanej przestrzeni pochodzą jednak dopiero z XV w. Jeżeli chodzi o Sutno, znajdują się tam dwa kopce. Badania udokumentowały obecność osadnictwa w tym miejscu zarówno w pradziejach, gdy teren ten służył zapewne jako ciałopalne cmentarzysko, jak też w średniowieczu, kiedy istniała tu nadbużańska osada. Kolejne badania archeologiczne zostały przeprowadzone w sierpniu i wrześniu 2017 roku pod kierunkiem Grzegorza Śnieżko z ramienia Instytutu Archeologii i Etnologii Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Poza pracami w rynku rozpoznano także m.in. obszar dawnego podzamcza zlokalizowany na terenie mielnickiej „Góry Zamkowej” oraz „Górę Zamkową” w Niemirowie. W przypadku rynku wśród najstarszych śladów działalności ludzkiej znajduje się warstwa pożarowa, która powstała zapewne w pierwszej połowie XIII wieku. Kolejne relikty ludzkiej obecności pochodzą z XV wieku. Badania wykopaliskowe przyniosły łącznie 7 051 zabytków ruchomych różnych kategorii. Najliczniejszą grupę stanowią fragmenty naczyń glinianych (4 070 ułamków). Na kolejnym miejscu są kości zwierzęce (2 666). Zdecydowanie mniej zaś było zabytków z żelaza i metali kolorowych. Pracami objęto również Niemirów, a dokładniej znajdujący się w jego zachodniej części pagórek zwany „Górą Zamkową”. Rozpoznano część niemirowskiej „Góry Zamkowej” bez wbijania szpadla w ziemię, wykonując prospekcję metodami elektrooporową i geomagnetyczną. Pierwsza polega na „prześwietleniu” ziemi na głębokość około 1 metra impulsami elektrycznymi, druga zaś na lokalizowaniu anomalii magnetycznych gruntu. Ich wyniki wskazały m.in. że w jednym miejscu pod powierzchnią mogą zalegać relikty spalonej konstrukcji drewnianej. W 2022 r. w Mielniku trwały prace budowlane związane z rewitalizacją centrum miejscowości. Urząd Gminy Mielnik zawarł umowę o wykonanie nadzoru z Instytutem Archeologii i Etnologii Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. W terenie badaniami kierował pracownik tego Instytutu, dr Grzegorz Śnieżko. Z wykopów wydobyto wiele ciekawych artefaktów pochodzących z różnych okresów historycznych. Wśród nich są monety z XVI i XVII wieku, fragmenty ozdób i narzędzi użytkowych, ceramika, fragmenty kafli.
