遗址位于县境东北部，在距楼兰古城西南约50公里处。它是魏晋南北朝时期罗布泊地区仅次于楼兰的第二大城，古城墙东北和西南长约189.1米，东南和西北长约106.5米，总面积约20139平方米。

清光绪三十三年(1907)，英国人斯坦因雇佣的维吾尔族向导托克塔阿訇首先发现了该城。清宣统二年(1910)，日本大谷光瑞探险队成员桔瑞超在罗布泊地区探险时，在该城获得李柏文书。当时他们将该城误认为楼兰。民国3年(1914)2月，斯坦因在该城采集到文物170余件，其中有细石器、陶器、建筑木雕、铜铁器和钱币等物。斯坦因将该城编号LK。同年，我国学者王国维在考释桔瑞超所获李柏文书时发现，李柏文书中有一件写有“月二日来到海头。”王国维据此认定“此地决非楼兰，其他当前凉之世，实名海头。“(罗振玉、王国维著《流沙坠简》王氏之说提出后，在国际学术界引起了激烈的争论。

1959年5月，日本学者森鹿三根据桔瑞超提供的李柏文书出土地点的照片，经过认真详细研究，判定李柏文书的出土地点并非楼兰，而是斯坦因1914年2月探险时命名的LK城址，就是海头古城遗址，公元4世纪30年代后，楼兰城废弃，西域长史府治所即迁到此处。