該遺址面積約16平方公里,以頭寨鄉(xiāng)牛門洞村為中心,東北達西灣、灰條灣、清明灣、中灣頂、華岔陰山等地的山梁上;北面靠中灣村,與大地梁遺址相連;西北面接喜坪村,與鐵木山遺址相鄰;西南面接定西縣石峽灣鄉(xiāng),沿山梁可與大泉灣梁遺址相接。遺址重點為墓葬區(qū),多分布于山梁的緩坡地帶。面積約40萬平方米。文化層厚1—2米,遺址顯示有墓葬、地穴、灰坑、燒土、炭屑、白灰面、骨類、陶器、石器、玉器等。
遺址地表暴露有大量的殘跡陶片。
從出土遺物看,該遺址從馬家窯文化一直延續(xù)到齊家文化,其中又以半山類型的彩陶出土為多。遺址墓葬分為仰身直肢葬,少數(shù)為側身屈肢葬。一般葬場有生活用品的陶具和石器隨葬品。經鑒定,牛門洞為仰韶文化石嶺下類型,馬家窯文化馬家窯、半山、馬廠類型、齊家文化、寺洼文化、辛店文化等類型并存的新石器、青銅器時代遺址。范圍之廣,跨代之長,在甘肅史前遺址都是首屈一指的。
1920年當?shù)厍匕惨泼駢ɑ臅r出土彩陶罐。由于當時會寧文化落后,缺乏研究人才,加之交通不便,住處閉塞,按照國際慣例先發(fā)現(xiàn)先命名的命名法則,本應將新石器這一時期的文化命名為牛門洞文化,而由瑞典地質學家兼考古學家安特生及其助手于1924年在臨洮馬家窯進行挖掘并發(fā)現(xiàn)了新石器時代的彩陶,從而馬家窯搶在了前面,獲得了命名權。而比馬家窯出土文物早五年的牛門洞與命名權擦肩而過,終為憾事。
牛門洞在1975年大搞農田基本建設時,發(fā)現(xiàn)在上述山梁深1米處,每間隔1米,即有墓穴,內有大量壺、甕、罐、缽盆等彩陶及骨球、石器、刮削器、紡輪等隨葬品,并在生活區(qū)出土大量陶器,制罐工具、生活用具、石祖、石、權杖頭等。文化層厚1—2米。
牛門洞文化僅為零量出土,沒有進行大規(guī)模的科學考察和系統(tǒng)的挖掘清理,其代表精品有蛙紋雙耳彩陶罐,繩紋素陶罐,細頸侈口藍紋紅陶罐,高頸藍紋雙耳罐,高頸藍紋瓶,灰陶盆紅陶鬲,三孔石刀等。