사천왕사는 1918년 8월 原田淑人, 1922년 5월 小泉顯夫·梅原末治·藤田亮策(등전양책), 1929년 藤島亥治郞가 조사하여 각각『大正七年度古蹟調査報告(대정칠년도고적조사보고)』,『大正十一年度古蹟調査報告(대정십일녀도고적조사보고)』,『朝鮮建築史論(조선건축사론)』에 조사내용을 발표했다.
1920년대초 諸鹿央雄에 의해 실시된 서탑지 발굴조사에서는 목탑지의 중앙부에 당초문이 양각된 대형 전돌을 깔았고 천조형(千鳥形) 녹유전은 주변 테두리에 일렬로 깔았던 것으로 보고되었다.
또한 신라시대 뛰어난 조각가 양지(良志)스님이 작품 활동을 했던 곳으로도 유명한데, 1922년 조사 때 스님의 작품으로 생각되는 사천왕상전 아랫부분(국립경주박물관 소장)과 연화문, 보상화문, 쌍조문, 녹유귀면와편, 녹유전편 등의 와전류들이 출토되어 이번 발굴조사에서 스님의 뛰어난 작품을 다시 확인 할 수 있을 것으로 기대된다.
현재 사역 내에는 금당지, 동·서목탑지, 추정 경루지가 있으며, 사역 밖에 머리가 없어진 귀부(龜趺) 2기와 높이 2.4m의 당간지주(幢竿支柱) 1기가 있다.
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