En 1865, le naturaliste italien Antonio Raimondi passa au pied des ruines sans les voir et mentionna la population clairsemée de la région. En 1870, l'Américain Harry Singer indiqua pour la première fois sur une carte le Cerro Machu Picchu et le Huayna Picchu pour lequel il précisa que c'était le Huaca de l'Incanote 7 : ce qui était preuve d'une certaine connaissance de l'histoire inca. Sur la carte de 1874, de l'Allemand Herman Gohring, les deux sites sont mentionnés avec exactitude. Le voyageur français Charles Wiener affirmait en 1880 qu'il y avait « des ruines à Machu Picchu », mais sans pouvoir se rendre sur le lieu. Ce sont plusieurs indices qui portent à croire que l'existence des ruines n'avait pas été oubliée.
Des recherches, publiées en 2008 par l’historien Paolo Greer, suggèrent que c’est le prospecteur de mines allemand Augusto R. Berns qui aurait redécouvert le site vers 1860. Il aurait même commencé le pillage des artefacts avec l'aval des autorités péruviennes de l'époque. Ces affirmations, publiées en juin 2008, sont à prendre avec précaution.
Les premières références directes, actuellement connues sur le site, indiquent que Augustin Lizarraga, originaire de Cusco, arriva dans la ville le 14 juillet 1902 guidant Gabino Sanchez, Enrique Palma et Justo Ochoa. Les visiteurs laissèrent un graffiti avec leurs noms sur les murs du Templo de las Tres Ventanas ; Hiram Bingham trouva le graffiti en 1911 comme il l'affirme dans son livre de 1922. Certains affirment que Lizarraga aurait déjà visité Machu Picchu en 1894.
Hiram Bingham, un historien américain de l'Université Yale qui effectuait des recherches sur la ville perdue de Vilcabamba, le dernier refuge de l'Inca, entend parler de Lizagarra. Accompagné par ses guides, le sergent de la garde civile Carrasco et le paysan Melchor Arteaga, il se rend à Machu Picchu le 24 juillet 1911.
Ils rencontrèrent deux familles de paysans vivant là : les Recharte et les Alvarez qui utilisaient encore les constructions pour se ravitailler en eau. C'est un des fils Recharte qui conduisit Bingham jusqu'à la zone urbaine en friche. Bingham fut très impressionné par ce qu'il vit et sollicita l'Université Yale, la National Geographic Society et le gouvernement péruvien pour pouvoir commencer rapidement l'étude scientifique du site. Il participa aux premières fouilles sur le site avec l'ingénieur Ellwood Erdis, l'ostéologue George Eaton, la participation de Toribio Recharte et Anacleto Alvarez et un groupe de travailleurs anonymes de la région. Son livre, Lost City of the Incas, rendit ce lieu célèbre dans le monde. En 1913, la National Geographic Society consacra entièrement le numéro d'avril de son magazine au Machu Picchu.
Au sens strict, Bingham n'a pas découvert Machu Picchu, mais il a le mérite d'être le premier à reconnaître l'importance des ruines, de les étudier avec une équipe multidisciplinaire et de divulguer les résultats. Les critères archéologiques n'ont pas toujours été pertinents et la sortie du Pérou des objets découverts a beaucoup contribué à la polémique : la législation péruvienne ayant été purement et simplement détournée. Le Pérou tente depuis des années de récupérer, auprès de différents musées et collectionneurs, les centaines d'objets.
Entre 1924 et 1928, Martin Chambi et Juan Manuel Figueroa firent une série de photographies à Machu Picchu qui furent publiées dans différentes magazines du Pérou, augmentant ainsi l'intérêt local pour les ruines et les transformant en symbole national. Depuis l'ouverture en 1948 d'une route qui permet d'aller de la gare aux ruines, Machu Picchu est devenue le principal lieu touristique du Pérou. Durant les deux premiers tiers du XXe siècle, l'intérêt pour l'exploitation du site fut plus grand que celui pour la conservation ou l'étude des ruines ; ceci n'a tout de même pas empêché quelques recherches importantes sur le site.
Rappelons les travaux de la Viking Found dirigée par Paul Fejos sur les sites inca aux alentours de Machu Picchu , ceux de Luis E. Valcarcel qui lia le site à Pachacutec. C'est à partir de 1970 que de nouvelles générations d'archéologues (Chavez Ballon, Lorenzo, Ramos Condori, Zapata, Sanchez, Valencia, Gibaja), d'historiens (Glave et Remy, Rowe, Angles), d'astronomes (Deaborn, White, Thomson) et d'anthropologues (Reinhard, Urton) travaillèrent sur les ruines et leur passé.