从平面上看，这个建筑分为主室、东西侧室。北室、南室和一个长方形室相连。遗址南北长22米，东西最宽处约9米，最窄处2米，方向向南偏西20°。

这是一座土木结构的半地穴建筑，地下部分深达0·8~1米。

考古队员在南室的四周，发现了已经碳化的木头柱子的痕迹。他们分析，为了牢固起见，红山人在建造女神庙时，先在柱子的内侧粘贴上成束的禾草，再用草和泥搅拌形成墙面。墙面为多层，内层墙面上布满了蜂窝一样的圆洞。

在清理倒塌的墙面的时候，考古人员居然发现了5000年以前，红山人精心描绘的壁画。

接二连三的发现，使在现场的考古工作者都产生了一种奇妙的预感，似乎有一个重要的发现在等待着他们。

1983年11月2日清晨，辽西的山区格外宁静。

这一天，考古队员们早早的离开了驻地，按计划，这天的上午他们要剥离，建筑遗址主室西侧的一块特殊的泥块。

当年，主持和组织牛河梁遗址发掘工作的郭大顺，在后来的文章中这样描写当时的情景：时间，在期待中一分一秒的过去，人们都似乎屏住了呼吸，整个工地悄然无声，连空气仿佛停止了流动。只有小铲子和小刷子，在剥离泥土时发出的声音在沙沙地响着。

渐渐地，一个人的面部轮廓，开始显现，接着，头颅、眼睛也开始显露出来。中国远古女神，在地下埋藏了5000年之后，终于露出了她那端庄而又高贵的容颜。

女神头像高度写实，造型逼真，她的脸形为方圆形，颧骨突起，双眼中镶嵌着两块经过抛光处理的青色圆形玉片。

女神用坦然而又镇定的目光，默默地注视着5000年以后的人们，面对着考古队员的惊讶，她带着神秘和一丝若有若无的微笑。

由于女神庙的位置在林场之内，地表上生长的松树的树根，已经扎到女神头像的面部并造成了裂痕。

李殿福：“这个头像上呢，有一些个，裂纹里面有一些个，这个松树的那个根子，都是那个须根，这个须根吧，扎得很多。当时也没什么办法，后来我想了一下，就掏出小剪子，把那些个松毛，松树根子啊，一个个都把它剪掉了。”

朱达清楚地记得，1983年11月2日这一天，在现场的考古队员，都激动得忘记了吃中午饭，到了傍晚时分，大家用脱脂棉和白纸，把发掘出来的女神像小心包好。大家一致推荐，由现场的惟一一位女队员魏凡抱着女神下山。

魏凡后来计算过，从发掘现场到考古队的驻地马家沟，距离是750米。平时用10多分钟就可以走完的路程，那一天，在同事们的护送下，她花了整整一个多小时才把这段路程走完。

安全回到驻地以后，考古队员们和马家沟的村民们像过年一样高兴，他们把女神像，放在老乡家的土炕上，又仔细端详了起来。

不一会，考古队员们的神情又逐渐得变得凝重起来，原来，女神像的面部缺少了鼻子。