Los restos más antiguos que se conservan de Uruk (niveles XVIII-XVI) están datados entre el 5300 a. C. y el 4574 a. C. mediante la prueba de carbono 14[1]​ y pertenecen, por las características de su cerámica al período de El Obeid. Entre las fases XVI y IX (V milenio a. C.) se observa un período de transición cuya denominación no está fijada.

Es a partir del nivel X (3800 a. C.) cuando empiezan a encontrarse vestigios claramente característicos de un nuevo período, el llamado período de Uruk. Algunas de sus características son: una cerámica de paredes finas y gruesos "labios" biselados; la difusión del sello cilíndrico: un rodillo de piedra con diseños grabados en su superficie que, al hacerla rodar sobre la arcilla fresca, imprime las imágenes; y una arquitectura monumental.

A los grandes edificios de Uruk de esta etapa se les ha dado la denominación de templos, si bien no se puede asegurar el uso que tuvieron, pudiéndose haber tratado de palacios.[1]​ En el nivel IV se aprecia una rápida sucesión de edificios que se construyeron, sustituyéndose los unos a los otros en cortos espacios de tiempo. De los cuales destacan los Templos D y E, de gran tamaño y monumental arquitectura, que, inexplicablemente, fueron cuidadosamente desmantelados, sepultando sus objetos en cámaras construidas para tal pretexto, sobre las cuales se edificaron nuevos palacios.

Pasado el período Uruk, en los períodos Jemdet-Nasr y Dinástico Arcaico la ciudad siguió creciendo, alcanzando su máxima extensión hacia principios del III milenio a. C. coincidiendo con la construcción de una impresionante muralla. Sin embargo, existen indicios de que este aumento de población trajo problemas sociales que pudieron ser sofocados mediante la violencia: la destrucción "ritual" de los templos del nivel IV; la proliferación en los sellos cilíndricos de imágenes con prisioneros y la gran cantidad de armamento encontrado en estos niveles.[1]​ Oppenheim afirma que:

Perdida la hegemonía, Uruk continuó siendo una ciudad importante como centro religioso de primer orden en los siguientes siglos. En el I milenio a. C. vivió otra etapa floreciente y, aún en el período seléucida era hogar de una importante comunidad de astrónomos.