Les premières fouilles archéologiques sur le site de l’Abbaye ont été entreprises dès 1898 par le chanoine Pierre Bourban. C’est lui qui mit à jour le tombeau de saint Maurice et les absides de trois églises à l’est de cet espace appelé le Martolet. Ce que l’on connaissait par la tradition et les manuscrits se révélait confirmé par les vestiges dans les ruines antiques.
La réfection de la Basilique suite à la chute de rocher de 1942 permis à l’archéologue genevois Louis Blondel d’entreprendre une importante campagne de fouilles (1944-1946) qui fut documentée par une importante production bibliographique.
Dans les années 1970, M. Stoeckli put faire quelques recherches dans la Maison Panisset et sur la façade nord du monastère.
Après deux ans de travaux par M. Hansjörg Lehner (1994-1996), le chantier archéologique tomba en veilleuse jusqu’à sa reprise de 2001 à 2006 par le bureau TERA, conduit par Mme Alessandra Antonini.
Connue des Romains, la petite cité d'Agaune était un des passages obligés, lors du franchissement des Alpes, entre la Rome impériale et nos régions d'Helvétie, de Gaule et de Germanie. Une garnison romaine surveillait les lieux. Les grandes pierres taillées de l'appareillage de la base du clocher actuel semblent bien être une réutilisation d'une tour de garde du premier siècle.
Lieu militaire, mais aussi religieux. Des autels dédiés aux Nymphes, à Mercure témoignent des cultes romains de l'époque. Un certain Vineiius Vegeinius a même fait élever une stèle 'au dieu apaisé' (Deo sedato). Ces inscriptions sont toutes visibles dans l'actuel hall d'entrée de l'abbaye elle-même.
Dans les catacombes proches de la basilique, on voit un arc romain du premier siècle. Il ouvrait probablement le chemin d'accès au temple des Nymphes.
Vers 380, saint Théodule, premier évêque connu du Valais, va faire connaître le martyre de saint Maurice et de ses Compagnons, ramener leurs ossements dans un ossuaire proche du rocher où se trouvait une nécropole romaine. Pour Maurice lui-même, il va transformer le temple dédié aux Nymphes en un mausolée dont on peut voir les restes aujourd'hui. En somme, saint Théodule a christianisé les lieux. Dès lors va commencer à Saint-Maurice une vie religieuse chrétienne. Des personnes se consacrent à la prière auprès des précieuses reliques et accueillent les pèlerins.
Vers 420 apparaît une première église, puis vers 480 une deuxième. En 515, Sigismond, roi des Burgondes y fonde une abbaye qui ne connaîtra plus d'interruption jusqu'à nos jours. Il élève une basilique où résonne pour la première fois en occident la Laus perennis. Des moines venus d'autres monastères, Condat (l'actuel Saint-Claude), Grigny, L'Ile Barbe et Romainmôtier, vont inaugurer, avec les anciens desservants du lieu, la louange perpétuelle. Cette basilique sera endommagée par les Lombards en 575 et agrandie à la fin du VIe siècle.
Au VIIe siècle la basilique de Gontran témoigne d'un nouvel agrandissement. Un cimetière, aujourd'hui visible dans les catacombes, longe le mur sud de cette église. A la fin du VIIIe siècle, une nouvelle basilique construite par les abbés Vultchaire et Althée s'élève sur les lieux mais avec une particularité notable : alors que les premières églises étaient toutes orientées, cette basilique carolingienne, est 'occidentée'. En effet, au lieu de déplacer le tombeau de saint Maurice, qui avait déjà 400 ans à l'époque, on préfère tourner l'église et mettre le choeur à la verticale au-dessus du mausolée primitif.
Les choses vont rester ainsi jusqu'à ce que Bourcard, archevêque de Lyon et Abbé de Saint-Maurice fasse construire la tour actuelle : elle servira d'entrée à l'église du début du XIe siècle. La base de cette tour étant visible dans l'église actuelle, on peut constater l'ouverture qui servait de portail d'entrée dans cette église romane.
Mais le plan parallèle au rocher est trop dangereux. Suite à des chutes de pierres, notamment celle de 1611, on se décide à s'éloigner du rocher et on construit selon le plan actuel entre 1614 et 1624, la septième église du monastère. Si le style de cette église a varié selon les modes et les époques, elle va atteindre la forme actuelle entre 1946 et 1950. En effet, le 3 mars 1942, durant la Messe matinale, un rocher est venu fortement endommager la flèche de la tour qui s'effondra sur le fond de l'église en écrasant les orgues. Il fallut une fois de plus se mettre à l'ouvrage pour réparer : ce sera la huitième église construite sur place.
En entrant dans la basilique actuelle, qui date du XVIIe siècle, on est frappé par le rythme donné par les colonnes soutenant des arcs de style gothique. Les colonnes sont en partie des réutilisations de colonnes d'églises plus anciennes.
La colonnade Ouest est interrompue par la tour romane présentant l'entrée de l'église du XIe siècle. La construction de l'abbé Pierre de Grilly est résolument tournée du Nord vers le Sud. La restauration de 1946 à 1949 fut conduite selon les plans de l'architecte Claude Jacottet, accompagné des conseils de la Commission fédérale des monuments historiques et de l'archéologue Louis Blondel de Genève. L'agrandissement de trois travées vers le Nord a permis de placer de magnifiques orgues remplissant d'une manière harmonieuse le fond de l'édifice.
Le côté Est a été agrandi et est constitué par une succession de chapelles latérales où se célébraient les messes individuelles avant la réforme liturgique du Concile Vatican II qui introduisit la concélébration. Ces chapelles et le choeur sont dotés de magnifiques vitraux d'Edmond Bille, terminés en 1950. L'artiste les voyait comme une "tapisserie lumineuse". La restauration de 1946 a permis de reconstituer le cloître, en style néoroman, sur l'emplacement d'un des anciens cloîtres que possédait autrefois l'Abbaye.