Numerose indagini archeologiche hanno documentato una continuità di frequentazione ed uso dell'area di Tuvixeddu dalla preistoria fino ai nostri giorni, con un'infinità di testimonianze: sepolture e corredi funebri, pitture parietali, letteratura e aneddoti popolari. Scavi clandestini, lavori edilizi e indagini condotte frettolosamente, tuttavia, hanno causato la perdita di informazioni e dati fondamentali per ricostruire la storia di questo sito.
La scoperta di reperti in selce ed ossidiana, databili tra il VI e il V millennio a.C. e rinvenuti tra la laguna di Santa Gilla e il vicino colle di Tuvixeddu, testimonia la presenza umana sin dal Neolitico Antico.
La necropoli fenicio-punica, la più vasta di tutto il bacino del Mediterraneo, si sviluppa tra il VI e il III secolo a.C., attraverso l'escavazione nella roccia calcarea di sepolture, prevalentemente del tipo a pozzo e con profondità variabile tra gli 8 e i 3 m, destinate a ospitare i defunti inumati. Il grande interesse archeologico della necropoli di Tuvixeddu risiede anche nella sua capacità di documentare, attraverso esempi rari in tutto il mondo punico, una tradizione di pittura parietale di matrice nord-africana.
Nelle pitture, datate tra il IV e III secolo a.C., sono rappresentati elementi decorativi floreali, come fregi di fiori di loto e palmette, ma anche serpenti urei, gorgoni, motivi geometrici. Di particolare rilievo la Tomba del Sid, dove la rappresentazione pittorica trova significative corrispondenze con l'omonima divinità sardo-punica venerata nel Tempio di Antas, e la Tomba dell'Ureo, impreziosita da un raffinato fregio pittorico in cui spicca la figura del serpente cobra alato. 
Nei secoli successivi, la necropoli fu ulteriormente ampliata alle pendici del colle, dove i Romani scavarono sepolture a camera, ad incinerazione e a fossa. Ci sono anche tombe monumentali appartenenti a personaggi illustri.
Nei secoli moderni, ed in particolare durante tutto il XIX secolo, l'area è stata utilizzata per scopi industriali e abitativi. La testimonianza più importante è data dal sistema di ville borghesi che cingono il colle di Tuvixeddu e la necropoli, come il bel caseggiato in stile Liberty della Villa Mulas (già Massa), risalente ai primi del '900.