In tempi moderni lo studio del Colosseo iniziò con Carlo Fontana, che intorno al 1720 eseguì il rilievo dellanfiteatro e studiò le sue proporzioni geometriche. Gran parte del porticato al piano terreno era ormai interrata dai detriti accumulatisi nei secoli, e gli archi erano utilizzati anche come deposito di letame.
Nel 1805 iniziarono i primi scavi, effettuati dagli architetti Camporese, Palazzi and Stern, con laiuto di Carlo Lucangeli, un artista del legno famoso per un suo modello del Colosseo, al quale serviva un preciso rilievo del monumento per la sua riprodzione. Allora furono disseppellite le nicchie intorno al podium, parti dello stesso podium, lentrata del cosiddetto passagio di Commodo, parte delle forgnature che corrono intorno alanfiteatro e parte delle canalizzazioni del piano terreno. I portici, il terzo corridoio ed altri spazi vennero liberati dalla terra.
Nel 1808 Roma subì loccupazione francese, e lanno successivo Napoleone dichiarò la fine del potere temporale della Chiesa Cattolica Romana. Il Papa fu arrestato e rimase prigioniero in Francia sino al 1814. Secondo un progetto dei francesi, il Colosseo doveva far parte di un enorme parco archeologico comprendente tutto il centro di Roma.
Nel 1809 e 1810 ricominciarono i lavori, anche con laiuto di forzati. Nel 1811 larea a nord del monumento ed il lato nord dellarena furono parzialmente scavati da Carlo fea, ma nellarena i lavori dovettero fermarsi alla profondità di 3 metri a causa di infiltrazioni di acqua della falda. Dal 1811 al 1813 si effettuarono delle riparazioni, e gli archi furono liberati dai muri che li chiudevano.
Nel 1814 lautorità papale fu restaurata; lamministrazione temporanea affidò a Luigi Maria Valadier, figlio del più famoso Giuseppe, unindagine sugli ipogei, prima che larena fosse nuovamente ricoperta nel 1814. Allora si giudicò necessario rinforzare le estremità dellanello esterno: nel 1820, sotto Pio VII, lo Stern costruì lo sperone in laterizi sul lato NO (lato Celio). Più tardi Leone XII fece costruire dal Valadier un altro sperone sul lato opposto, che è quello più famoso e fotografato dai turisti. Nel 1828 Antonio Nibby riuscì a svuotare tutti i condotti di scolo in superficie, e nel 1830 Luis Joseph Duc realizzò il primo rilievo dellanfiteatro con metodi moderni. Dal 1840 in poi, altri archi furono restaurati e ricostruiti sul lato del Celio (questi archi sono facilmente riconoscibili perché realizzati in mattoni).
Nel 1870 Roma divenne la capitale del nuovo Regno dItalia, ma i lavori per liberare definitivamente larena inizarono solo nel 1874. Questa volta si liberò metà dellarena dalla terra e dai detriti, e gli scavi raggiunsero il pavimento, che si rivelò essere in mattoni disposti ad opus spicatum. Durante questi scavi i ritrovamenti furono datati tra la fine del V e linizio del VI secolo.
Ulteriori restauri furono effettuati dallo Stato italiano nel 1901-1902, ma metà dellarena rimase interrata per molti anni, finché nel 1938-40 gli scavi condotti da Luigi Cozzo raggiunsero nuovamente il pavimento, riportando alla luce le strutture degli ipogei. Cozzo demolì tutte le strutture sotterranee aggiunte alla costruzione originale nel corso dei secoli, e ricostruì parte degli ipogei sul lato occidentale ed un piccolo settore della cavea, con i sedili.
Dalla Seconda Guerra Mondiale in poi sono stati effettuati molti interventi di minore entità, ed un grande restauro di alcuni archi sul lato NO iniziò nel 1978. Le università della capitale si concentrarono sullo studio degli antichi monumenti della città, e nel 1992 una banca privata decise di finanziare una campagna di restauri che è durata sino al 2000. Nellambito di questi lavori è stata ripulita una sezione degli archi esterni, che contrasta con il resto della facciata (vedi foto sul main page). I lavori futuri comprendono la ricostruzione dellarena, in legno, anche a protezione degli ipogei esposti alle intemperie.
La metà orientale della nuova arena è stata completata nel 2000, ma prima di completare la copertura gli studiosi intendono valutarne leffetto sul microclima degli ipogei. Nel 1997 è stata compiuta una importante misurazione del monumento, con tecniche a raggi infrarossi e laser. Questa ricerca ci ha fornito indizi sulla deformazione delle strutture ed una mappa molto precisa dellanfiteatro, e nel contempo ha riacceso una vecchia diatriba tra archeologi: il Colosseo è ovale o ellittico?




