Wertvolle Hinweise liefern Untersuchungen von Archäologen in den 1960er Jahren und 2012 im Bereich der Pfarrkirche. Bei Ausgrabungen wurde ein den drei 304 n. Chr. getöteten Canziani-Märtyrern zuschreibbares, mit Marmorplatten bedecktes Grabmal entdeckt. Außerdem konnte dabei festgestellt werden, dass hier bereits im 4. Jahrhundert n. Chr. eine Basilika zu deren Gedenken errichtet wurde. Zwei Jahrhunderte später wurde darauf ein größeres Gotteshaus mit einem kostbaren polychromen Mosaik errichtet, von dem noch Teile erhalten sind. Die Untersuchungen enthüllten zudem ein dem Grab der Märtyrer zeitlich vorausgehendes Bauwerk. Seit der frühen römischen Kaiserzeit befand sich an dieser Stelle eine luxuriöse Villa. Sie gehörte vielleicht der Familie Canzi selbst, die in dieser Gegend Ländereien besaß.
Einige der antiken Artefakte, die an diesem Ort gefunden wurden, sind im Antiquarium seitlich der Pfarrkirche ausgestellt. Es hütet auch Fundstücke aus dem nahe gelegenen Ort, wo Proto, der Lehrer der drei Canziani-Geschwister, der mit ihnen den Tod fand, begraben und erinnert wurde.
Die Exponate evozieren die Vergangenheit von San Canzian d'Isonzo, zunächst ein wichtiges römisches Zentrum und ab dem 4. Jahrhundert n. Chr. ein Ort der Märtyrerverehrung. Besonders anziehend sind die prächtigen Mosaikfragmente, die größtenteils zu dem polychromen, geometrisch gemusterten Fußboden gehören, der die Basilika der Canziani-Märtyrer in ihrer zweiten Bauphase schmückte.
Kürzlich (Sommer 2023) wurden im Zuge des Vorverfahrens zur Neugestaltung des Platzes Ss Canziani Martiri archäologische Ausgrabungen durchgeführt, die die südliche Mauer der sogenannten frühchristlichen Basilika, die dazugehörigen Bodenpläne und einige Mosaikfragmente ans Licht brachten. Dadurch wurde die Existenz mehrerer Strukturen bestätigt, die auf die Basilika folgten. Während der Erweiterung des Grabungsbereichs wurde außerdem eine paleoslawische Nekropole entdeckt, in der Gräber aus dem 9. und 10. Jahrhundert gefunden wurden. Diese enthielten die Überreste von 35 Personen.