Поселение Ботай было открыто в 1980 г. В.Ф. Зайбертом - участником Северо-Казахстанской археологической экспедиции. В археологических раскопках приняли участие студенты Петропавловского педагогического института, которым руководил на тот момент ректор Шакенов Канаш Шакенович.

Первые раскопки на поселении дали отечественной науке до 40 тысяч артефактов.  Впоследствии были открыты поселения Красный Яр, Васильковка IV, Рощинское, Баландино, Сергеевка. В 1980-х годах, изучая эти поселения энеолитического времени В.Ф.Зайберт  пришел к выводу о выделении новой археологической культуры - Ботайской. Название Ботай поселение и археологическая культура получили по имени одного из лидеров местных казахских родов. В первые годы изучения поселения Северо-Казахстанской археологической экспедицией были раскопаны 7528 кв.м. культурного слоя.    

Летом 1983 года на месте раскопок поселения Ботай был проведен Всесоюзный полевой археологический семинар. В 1985-1985 годах коллективом археологов Северо-Казахстанской археологической экспедиции были достигнуты значительные успехи. В 1985 году вышла совместная статья Зайберта В.Ф. и Мартынюка О.И. «Керамические комплексы энеолитического поселения Ботай», высказывалось утверждение о происхождении ботайской керамики на основе неолитической посуды Атбасарской культуры.

В 1985 году опубликованы материалы И.Л.Чернай «Текстильное дело и керамика по материалам из памятников энеолита-бронзы Южного Зауралья и Северного Казахстана», В.И.Заитова «Характеристика каменных орудий труда поселения Ботай», Т.А. Даниленко «Костяной инвентарь поселения Ботай», В.Ф.Зайберт, А.А. Плешаков «Рубящие орудия поселения Ботай». Общая характеристика Ботайской культуры была дана в публикации В.Ф.Зайберта «Поселение Ботай и задачи исследования энеолита Северного Казахстана».  

В 1994 году профессор В.Ф.Зайберт  прочитал цикл лекций в ряде британских университетов о Ботае.  В этом же году была организована выставка, посвященная  Ботайской культуре в Кембриджском археологическом музее, в рамках международного симпозиума «Ранние коневоды Евразии», на котором присутствовали 80 ученых из 16 стран мира.

В 1996 году были начаты казахстано-германские исследования материалов Ботая. Материалы ботайских поселений были подвергнуты изучению традиционных методов в археологии – трасологии, типологии, остеометрии, радиоуглеродного датирования, геомагнитной съемки. Геомагнитные исследования проводились в начале 1990-х годов при поддержке зарубежных исследователей. В 1990-х годах также с помощью лабораторий Кембриджа, Оксфорда, Бристоля, Экзетера были проведены исследования по анализу пригаров на керамических сосудах с целью выявления жировых следов молочных продукций.

В определении доказательств одомашнивания ботайской лошади активное участие принимали Л.Н.Макарова, Т.Н.Нурумов,  С.С.Калиева, из зарубежных исследователей – Л.Л.Гайдученко (Челябинск, РФ), С.Олсен (Музей естественной истории Карнеги, США), Д.Энтони, Д.Браун (колледж Хартвик, США), Н. Бенеке, А. фон Дендриш (Германия), М.Левин (Кембридж, Великобритания) А.Оутрам (Экзетер, Великобритания), Р.Бендри (Винчестер, Великобритания), А.Каспаров (РАН, Россия) Д.Орландо.

С середины 1990-х годов исследования Ботайской культуры замедлилось. Но ежегодно проводились археологические раскопки по изучению поселения Ботай.

В 2000 году поселение Ботай было включено в состав государственного национального природного парка «Кокшетау». В 2001 году Кокшетауская археологическая экспедиция произвела разметку охранной зоны вокруг поселения Ботай  протяженностью в 3600 м. Установка ограды ограничила доступ скота и автотранспорта в охранную зону памятника. В 2005-2006 годах часть найденных артефактов на поселении Ботай были переданы в Центральный Музей Республики Казахстан в городе Алматы.

Значительный вклад в изучение Ботайской культуры внесли сотрудники Академии Кокше,  в связи с реализацией государственной программы «Изучения и сохранения историко-культурного наследия РК» 2004-2006 годов. Результаты Кокшетауской археологической экспедиции были изложены в коллективной монографии «Тайны древней степи».

В  2009 году была издана статья в международном журнале «Science», где указывается о первых случаях одомашнивания лошади на энеолитическом поселении Ботай, и что ботайцы изготавливали кумыс. В промежутке между 2007 и 2011 годами археологические раскопки были приостановлены. Этот период времени использовался для осмысления концептуальных аспектов Ботайской культуры.  В 2011 году была опубликована обобщающая монография В.Ф.Зайберта «Ботай. Истоки степной цивилизации». 

В 2017 году Алан Оутрам использовал новый метод масс-спектрометрии для идентификации белков, сохраняющихся в останках зубов. В этом же году Э.Ананьевская (Вильнюс, Литва) исследовала образцы для тестирования на милиацин. 

В 2017 году археологический памятник Ботай был включен в государственный список Сакральных памятников Казахстана. Ботай был включен как археологический объект исследования в рамках новой государственной программы «Рухани Жанғыру». Был разработан проект «Реконструкция социально-экономических и мировоззренческих аспектов Ботайской культуры и в том числе вопросы сакральных контекстов Ботайской культуры». В 2018 году при поддержке Казахского научно-исследовательского института культуры МКС РК была выпущена монография «Сакральные контексты Ботайской культуры» под авторством профессора В.Ф.Зайберта. 21 ноября 2018 года в статье экс-президента Республики Казахстан Н.А.Назарбаева «Семь граней Великой Степи» Ботай рассматривается как один из важных контекстов формирования всаднической культуры.

Результатом многолетних исследований на поселении Ботай стало создание в 2018 году Государственного историко-культурного музея-заповедника «Ботай».