Høsten 1879 begynte de to sønnene på gården å grave i haugen for å se om de kunne finne noe spennende, og det kunne de ha gjort, hadde de fått grave videre. Men ryktene om utgravningen spredte seg helt til hovedstaden og antikvar Nicolay Nicolaysen ved Universitetets Oldsaksamling fikk stoppet dem, med løfte om å grave ut selv. Våren 1880 satte han i gang en arkeologisk utgravning av haugen.
Gravhaugen rundt skipet var bygd opp av gresstorv. Den var omlag fem meter høy og hadde en diameter på nesten 45 meter. Sannsynligvis har haugen vært enda større i vikingtiden. Selve skipet var gravd ned i blåleira i undergrunnen, noe som førte til at skipet og det øvrige gravgodset ble holdt fuktig og derfor godt bevart. Imidlertid stakk den øverste del av skipssiden med mange skjold og begge stavnene opp av leira og var derfor blitt nokså ødelagt. Gokstadskipet ble bygget omkring år 890 e.Kr.
Rundt år 900 e.Kr. døde en rik og mektig mann som fikk Gokstadskipet som gravskip. Bak masten ble det bygd et gravkammer, og i det stod det en oppredd seng som den døde ble lagt i. Den døde selv må ha vært kledd i en forseggjort drakt da han ble begravd, men våpnene og smykkene hans ble ikke funnet i gravhaugen. Her var gravrøverne på ferde allerede i vikingtiden, men de fikk ikke med seg alt. Det ble blant annet funnet et spillebrett med spillebrikker av horn, fiskekroker og seletøybeslag av jern, tinn og forgylt bronse, rester av 64 skjold, kjøkkenutstyr, 6 senger, 1 telt og en slede. Med seg i graven fikk mannen også 12 hester, 8 hunder, 2 hønsehauker og 2 påfugler.
Skipet er laget av eik og er klinkbygd med 16 rader av bordganger som overlapper hverandre. De ni bordgangene under vannlinjen er bare to til tre cm tykke, og noen av dem lenger oppe er enda tynnere. Det gjør skipssiden både lett og fleksibel. Kjølen er laget av et 18 meter langt stykke eiketre.