1982年10月，大地湾遗址发掘的第五个年度即将结束。
负责第五发掘区发掘工作的赵建龙同志在加紧清理完第三土层下的一座编号为F410的房屋遗迹之后，又继续向下清理，在距F410下约10厘米处他又发现了一座白灰地面的房屋遗迹。按惯例，该房址编号F411。10月25日这天，当赵建龙清理到F411房址中部时，在房屋居住面上发现了一些黑色线条。起初他还以为是被烟熏成的，后来随着清理范围的扩大，他才看清这是一种类似人形的图案。当时他十分高兴，因为这是他们在大地湾发掘5年来首次发现绘在地面上的图案，并且还是人物图案。于是，他就更加细心地用毛刷扫去黏在画面上的黄土，一寸寸地向东推进。到下午5时左右，这块画有图案的居住面才全部被揭露了出来。
当时初步观察分析：绘画位于F411居住面的中部靠上方，即后墙根的部位，所占面积约1．32平方米。整个画面似乎中间一人，两侧相去10厘米处各有一人，为三人之组合。但西部的一人仅残存头部和右手握有棍状物的痕迹，其余大都已被破坏了。中部和东部的“两人”保存尚好，均作双腿交叉状，左手高举至头部，右手自然下垂横握一棍状物。人身的长度基本相同，为32．5～34厘米。中间之人形体宽大，像一男性，而东部之人则胸宽腰细，恰似一女性。在人物之下方（北部）12厘米处，东西向绘有一长55厘米、宽15厘米的长方框，框中东西向分别排列着两只爬行动物图案。
这是多么重要的发现啊！赵建龙当即安排了看守人员，自己则飞奔下山，向当时的工地负责人张朋川和郎树德汇报。他们经过紧急商讨，决定由张朋川和赵建龙上山进行测绘、临摹，由郎树德负责打电话向有关部门汇报，并请甘肃省博物馆速派专业人员进行拍照和保护。张朋川和赵建龙的测绘、临摹工作一直进行到下午7时多，直到天黑得看不清楚了、手也冻得拿不稳笔了，这才结束了当天的工作。没有临摹完的一些细部26日他们又做了补充。26日这天，甘肃省博物馆岳邦湖先生恰好正在天水办事，他得到消息后，也赶到了现场，对地画作了全面拍摄。之后，赵建龙用包裹图纸的一块塑料薄膜小心翼翼地将地画覆盖好，并用土将四周压定，又委派专人看护。
29日晚，甘肃省博物馆领导委派的美术人员徐祖蕃、化验室技术人员李现、摄影人员张宝玺等赶到工地。随后，张宝玺对地画进行了再次拍照，徐祖蕃进行了再次临摹。与此同时，大家又初步讨论了保护措施和实施方案。31日这天，李现对地画进行了水溶性聚乙烯醇加固和保护。
从11月2日开始，考古工作队的工作人员开始对地画进行分块切取和木框加固。他们在室内清去背土，用红外线灯将切取的地画块烤固，然后用环氧树脂和刨花填充，这才将地画运到了兰州。
大地湾地画现存于甘肃省文物考古研究所。
