遗址形状近似梯形，南部东西宽约440米，北部宽约360米，南北长约860米，总面积约33万平方米。新石器时代遗存分布于遗址南部、中部和北部。遗址地势稍高于周边，中间略高，四周稍低。北半部为农田，主要种植玉米、小麦等农作物；南半部多被毛堂村占压。遗址文化层情况分布不均，厚薄深浅不一，文化堆积在0.30--3.00米左右。目前是南阳盆地所发现规模较大的新石器时代遗址。

2015年12月，社旗县文物保护所在对毛堂村一带实施文物考古调查勘探所发现，遗址地表有丰富的陶片，表土层下存在大量文化层堆积，经南阳市考古部门现场调查和钻探，确定为一处从未被发现和记录的新石器时代遗址。

2017年8至12月，经国家文物局批准，河南省文物考古研究院、北京联合大学及南阳市考古研究所联合组成考古队对该遗址进行科学的考古发掘，发掘面积800平方米。

2018年3月至今，继续对该遗址进行发掘，发掘面积1200平方米。

两次发掘共出土大量的新石器时代遗存，分属于仰韶文化、屈家岭文化及石家河文化，此外还有少量的战国、汉代遗存。

2017年发掘区域地层堆积可分为十层。其中，第五层为战国时期，第六层、七层为石家河文化时期，第八、九层为屈家岭文化时期，第十层为仰韶文化时期。

从发掘情况来看，仰韶文化时期的遗迹主要有房址、灰坑，出土有彩陶，属于大河村文化三期晚段。

屈家岭文化时期的遗迹包括房址、灰坑、墓葬等，遗物有陶器、石器及玉器等。

石家河文化时期的遗迹包括房址、灰坑、墓葬等，遗物主要有陶器、石器、骨器、玉器等。

战国时期的遗迹主要为墓葬，出土遗物有陶鼎、盒、盘等。毛堂遗址包含仰韶文化、屈家岭文化及石家河文化的遗存，其时代蝉联，年代序列完善，反映了新石器时期南阳盆地文化格局的演变，见证了南方文化和中原文化的交流融合。

遗址文化内涵丰富，在遗址北部发现有环壕，考古发掘出大量的房基、灰坑、窖穴、墓葬等。发现的屈家岭文化墓葬数量众多，排列有序，布局规整，保存完好，是研究此时期墓葬制度、人类体质状况、病理现象等不可多得实物资料。遗址中出土的遗物数量众多，仅完整或比较完整的就达1000余件，包括玉器、石器、陶器、骨器等。其中，10余件玉器经过成分检测，可确认为南阳独山玉，为研究新石器时代独山玉的开发利用、加工工艺提供了重要的资料。