Les travaux d'investigation archéologique ont commencé en 1990, avec l'aide de la Fondation Wiese.
Huaca Cao Viejo est construit sous la culture Moche, en 200 après J.C. et  abandonné vers  650. Le temple, sur ses quatre côtés, est construit en gradins, composé de quatre édifices superposés, selon leur manière de technique de recouvrement. Ces travaux sont probablement entrepris après des pluies torrentielles ou  des tremblements de terre. A sa dernière réalisation, le temple atteint une hauteur de 30 m sur une base  de 120 m de côté.

L'unique entrée se trouve sur le côté nord. Cet accès conduit à la grande Place Cérémoniale qui a 140 m de long pour 66 m de large. Une rampe permet d'atteindre le sommet où se trouve l'autel.
De la place on peut voir les premiers vestiges des reliefs polychromés sur la façade en palier. Les dessins représentent des prisonniers nus avec la corde au cou, des danseurs qui se tiennent par la main et l’Egorgeur - Araignée qui soutient la tête d'un prisonnier.
A l’angle nord-est se trouve une enceinte de 4.10 m par 3.40 m et une hauteur de 3.20 m. Le mur externe ouest représente 24 paires de guerriers luttant face à face. Sur le mur nord le dessin iconographique  le plus important, nommé “ Le Thème Complexe”, est considéré comme un possible calendrier rituel Moche. Sur ce mur une femme tient deux bâtons, elle est probablement la  Dame de Cao qui fut découverte avec deux massues en cuivre doré.

ÉDIFICES DE HUACA CAO

Premier Édifice, 200 après J.C.
C'est le premier édifice Moche. Ses dimensions atteignent 96 m de long par 76m de large et une hauteur ne dépassant pas les 15 mètres. Sur le côté nord se situe la Place Cérémoniale. Des colonnes avec des dessins de poisson chat ont été mises à jour, à l’intérieur du temple

Deuxième Édifice, 300 - 450 après J.C.
Pendant le recouvrement du premier temple, meurt la Dame de Cao. Sur l'aire de la tombe on construit une enceinte décorée avec des dessins polychromés .
De cette période  ne subsiste que le vestige d’une Cour Cérémoniale de 32 m par 30 m. Ses murs sont couverts de dessins de raies (poisson) et du life ou poisson chat. Dans un coin,  “L’Egorgeur” est présenté, tenant dans la main droite une lance et dans la main gauche la tête d'un prisonnier.
Dans les adobes qui recouvrent cet édifice on a trouvé une sculpture de bois de 2.48 m de hauteur, faite en lúcumo (arbre de fruit local). Elle est actuellement au Musée de Cao.

Troisième Édifice, 450 - 550 après J.C.
Pendant cette période l'édifice s’élève encore d’à peu près 7 m. Sur la façade principale on remarque trois périodes de décoration. A la première, la façade est jaune ocre, ensuite à la deuxième, chaque marche a des couleurs différentes, blanche, rouge et jaune, et à la troisième les dessins sont en relief: les danseurs, le prêtre avec le tumi et un enfant qui va être sacrifié, des poissons stylisés peints en rouge.

Quatrième Édifice, 550 - 650 après J.C.
C'est l'édifice le plus détruit. A cette période, la Place Cérémoniale a une bordure au niveau du sol, néanmoins, peu de temps après le sol est rempli avec 3 m. de matériau, recouvrant ainsi le tout. On construit alors le mur  “Le Thème Complexe”. On trouve également sur la façade des dessins de prisonniers nus, des danseurs et l'araignée qui tient le couteau dit « tumi ».

APRÈS LES MOCHES
Après l'abandon des Moche le temple ne perd pas sa fonction cérémoniale. Les Lambayeque, utilisent la place principale comme un cimetière. De nombreuses momies enterrées en position fœtale y ont été découvertes.
À l'arrivée des Espagnols, la population était importante, c’est pourquoi les prêtres dominicains ont construit sur cette place une église dont il reste quelques vestiges. Un tremblement de terre (1619), obligea la population à se déplacer jusqu'au site actuellement occupé par le village de Magdalena de Cao. Voir le Musee Cao