Pierwsze opisy skamieniałości z regionu Fajum sporządził w 1845 roku A.B. Orlebar[1].

W 1884 roku oraz w 1886 roku niemiecki botanik Georg Schweinfurth (1836–1925) działający na terenie Egiptu i Sudanu od 1863 roku, badając tereny Kasr as-Sagha odkrył liczne skamieniałe szkielety wymarłych ssaków morskich, m.in. z rodzaju Zeuglodon z okresu eocenu[2]. Podczas drugiej ekspedycji od Wadi al-Hitan dzieliło go kilka kilometrów, jednak do samej doliny nie dotarł z uwagi na problemy organizacyjne[2]. Swoje doświadczenia opisał w artykule Reise in das Depressionsgebiet im Umkreise des Fajum im Januar 1886 opublikowanym w 1886 roku w Zeitschrift der Gesellschaft für Erdkunde zu Berlin[2]. Zebrane przez Schweinfurtha skamieniałości zostały przekazane do Muzeum Historii Naturalnej przy Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie, gdzie badał je Wilhelm Dames (1843–1898)[2].

Kolejne wyprawy w regionie prowadzili badacze niemieccy Max Blanckenhorn (1861–1947), który sporządził m.in. opisy stratygraficzne formacji ze skamieniałościami prawaleni, Ernst Stromer von Reichenbach (1871–1952) oraz Eberhard Fraas (1862–1915), który współpracował z Richardem Markgrafem (1856–1916) – odkrywcą wielu gatunków wymarłych zwierząt[2].

Następnie okolice Fajum badał brytyjski geolog Hugh Beadnell (1874–1944) w celu sporządzenia ich szczegółowych map, który odkrył dolinę Wadi al-Hitan[2]. Dokonał tu kilku przełomowych odkryć skamieniałości, m.in. znalazł fragment dolnej szczęki Zeuglodon isis (obecnie Basilosaurus isis) oraz czaszkę Prozeuglodon atrox (obecnie Dorudon atrox)[2]. Pomimo tych znalezisk, w dolinie nie prowadzono żadnych szczegółowych badań przez prawie 80 lat[2].

W 1907 roku amerykański paleontolog Henry Fairfield Osborn (1857–1935) z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku przyjechał wraz z rodziną na tereny Kasr as-Sagha[2]. Dolinę, gdzie Beadnell dokonał swoich odkryć, nazwał Zeuglodon Valley, jednak nie prowadził tu żadnych większych badań i szybko powrócił do Ameryki[2].

W 1947 roku dolinę odwiedził na krótko podczas wyprawy afrykańskiej Uniwersytetu Kalifornijskiego jej główny paleontolog – Robert H. Denison (1911–1985), któremu asystował Paul Deraniyagala[2]. Deraniyagala opublikował w 1948 roku raport wyprawy, w którym wspomniał wypad do doliny, gdzie miało w promieniu 1–2 km od obozowiska odnotował dwadzieścia szkieletów (co Gingerich uznaje za prawdopodobne) i ocenił ich wiek na oligocen (co Gingerich podkreśla jest błędem)[2]. Deraniyagal wysunął również teorię, że takie nagromadzenie szkieletów świadczy o zbiorowym samobójstwie prawaleni 35 milionów lat temu (według Gingericha teoria ta wymaga lepszej dokumentacji znalezisk[2]).

Kolejne prace w regionie prowadził w latach 60. XX w. amerykański paleozoolog Elwyn L. Simons (1930–2016), którego ekipa przeprowadziła dwie wyprawy do doliny[2]. W 1983 roku do ekipy Simonsa dołączył amerykański paleontolog Philip D. Gingerich, który przez 10 lat przeprowadził szeroko-zakrojone badania Wadi al-Hitan[2]. Zlokalizowano wówczas ok. 500 szkieletów (w tym szkieletów częściowych) prawaleni, z przewagą szczątków przedstawicieli Basilosaurus isis i Dorudon atrox[2]. Odkryto tu także szkielety nowego gatunku – Ancalecetus simonsi[2].

W 1997 roku Wadi al-Hitan stał się częścią utworzonego w 1989 roku obszaru chronionego Wadi ar-Rajjan[3][4].

W 2004 roku międzynarodowy zespół z udziałem badaczy egipskich, m.in. Moustafy M. Foudy i amerykańskich, m.in. Gingericha przeprowadził kolejne prace, które przyczyniły się do lepszego udokumentowania doliny przed wpisaniem jej na listę światowego dziedzictwa UNESCO[2]. Dolina wraz ze znaleziskami została wpisana na listę UNESCO w 2005 roku[3].