Năm 1927, nữ khảo cổ học người Pháp là M.Colani đã triển khai điều tra khảo cổ học miền Tây Bắc bộ. Bà đã phát hiện và khai quật di chỉ Mái đá bản Mòn, xã Thôm Mòn và tìm thấy nhiều công cụ đá cùng rìu đá mài toàn thân. Trong đó, có rìu có vai, đục mài toàn thân, chày, hòn cuội có vết ghè đẽo, đồ trang sức, như hạt chuỗi và những mảnh đá có dấu cưa. Đồ đồng tìm thấy 1 mảnh đồng và 1 rìu đồng lưỡi xòe cân, có họng tra cán.

Trong số hiện vật thu được ở Mái đá phía tây và phía đông, mảnh tước và đá có dấu cưa chiếm đa số, là cơ sở để M.Colani xác định bản Mòn là di tích thời đại Đá mới (Neolithicque) và là công xưởng chế tác rìu đá, có niên đại tương đương với di chỉ Ba Xã (Lạng Sơn) và hang Khe Tong (Quảng Bình). Từ tư liệu khai quật này, M.Colani cho rằng, bản Mòn là di chỉ - xưởng, nơi cư trú và chế tác rìu bằng kỹ thuật cưa cắt, chế tác vòng tay bằng kỹ thuật khoan tách lõi - một đặc trưng cho thời đại Đá mới Đông Dương.

Ngày 28/4/2006, Di tích được xếp hạng cấp tỉnh theo Quyết định số 1214/QĐ-UBND của UBND tỉnh. Năm 2021, Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch Sơn La phối hợp với Viện Khảo cổ học Việt Nam khai quật di tích Mái đá bản Mòn lần thứ hai, sau 94 năm khai quật của M.Colani. Kết quả cuộc khai quật lần này không chỉ ghi nhận những tiên đoán khoa học của nhà khảo cổ học M. Colani trước đây, mà còn bổ sung thêm nhiều tư liệu mới, làm rõ hơn đặc trưng, tính chất, niên đại di tích Mái đá bản Mòn.

Kết quả sau 2 lần khai quật đã khẳng định, Mái đá bản Mòn là địa bàn cư trú, công xưởng và mộ táng của cư dân thời tiền sử, diễn ra từ khoảng 7.000 năm đến 2.500 năm cách ngày nay, với 2 giai đoạn văn hóa. Giai đoạn sớm, từ 7.000 năm đến 4.000 năm, cư dân cư trú ở đây hoạt động săn bắt, hái lượm, chế tác công cụ cuội, bắt đầu chế tác rìu hàng loạt bằng kỹ thuật cưa cắt. Sang giai đoạn muộn, từ 4.000 năm đến 3.000 năm, cư dân biết đến nông nghiệp trồng trọt, hoàn thiện kỹ thuật cưa, mài, nảy sinh kỹ thuật khoan tách lõi, phát triển đỉnh cao với công xưởng chế tác rìu đá và vòng trang sức mài toàn thân, phát triển đồ gốm. Mái đá bản Mòn trở thành nghĩa địa của cư dân thời đại Kim khí.

Con người đầu tiên chiếm cư Mái đá bản Mòn và để lại dấu tích văn hóa cổ nhất, có tuổi khoảng 10.000 năm cách ngày nay. Cư dân thời này chế tác công cụ cuội, giống các cư dân văn hóa Hòa Bình. Họ cư trú liên tục ở đây cho đến 4.000 năm thì bắt đầu xuất hiện kỹ thuật cưa, khoan, mài đá, làm chủ kỹ thuật chế tác rìu mài toàn thân trong một công xưởng chuyên hóa. Lúc này, đồ gốm nặn tay, văn đập thừng, khắc vạch với các loại khác nhau, có cả gốm làm đồ tùy táng. Sau 3.000 năm, về cơ bản, con người rời hang, định cư nông nghiệp ngoài trời và sử dụng các mái đá làm nghĩa địa.

Di tích khảo cổ học Mái đá bản Mòn chứa đựng nhiều giá trị mang tính quốc gia về lịch sử, văn hóa và khoa học, liên quan đến cộng đồng người thời tiền sử đã từng sinh sống trên mảnh đất này. Đây là nguồn tư liệu quý cho các nhà khoa học, nghiên cứu giải mã những giá trị của di tích, góp phần quan trọng trong công tác bảo tồn và phát huy di sản văn hóa dân tộc, tạo động lực thúc đẩy phát triển kinh tế, xã hội của địa phương. Mái đá bản Mòn còn là di sản địa chất và khảo cổ học có giá trị lịch sử, văn hóa hấp dẫn, độc đáo, đặc biệt đó là nguồn tài nguyên du lịch quý giá của Sơn La trong giai đoạn mở cửa, hội nhập và liên kết vùng.