Chronologia kościoła ustalana na podstawie źródeł pisanych na 2. połowę XI wieku jest kwestionowana przez historyków architektury. Heinrich Mathias Schwarz, niemiecki historyk sztuki, opowiadał się za późniejszą chronologią kościoła, przesuwając datę budowy na wiek XIII (okres swewski), jednakże w tym samym stuleciu kościół miał podupadać, co czyni jego hipotezę wątpliwą (Schwarz 1942-1944, t. VI).

W roku 1950 Mario Guiotto, dyrektor Urzędu Ochrony Zabytków w Palermo, podczas VII Narodowego Kongresu Historii Architektury w Palermo przedstawił swoje wątpliwości co do XI-wiecznej chronologii kościoła Santa Maria di Campogrosso, zwracając również uwagę na możliwe przebudowy (ryc. 13, 14, 15). Jego zdaniem niektóre elementy architektoniczne stylistycznie, takie jak przypory, mogą pochodzić z XIII wieku (Guiotto 1950, s. 3).

W 1979 roku powstaje dzieło Monumenti della Sicilia normanna, autorstwa Guido di Stefano. Autor stwierdza, że według źródeł pisanych dotyczących kościoła Santa Maria di Campogrosso, budowlę można datować na koniec XI w., ale analiza użytych stylów architektonicznych zdaje się zaprzeczać tak wczesnej chronologii (Di Stefano 1979, s. 30-31). Zdaniem Vladimira Zorića, który dokonał wnikliwej analizy znaków kamieniarskich, porównując je z zespołem znaków z katedry w odległym około 50 km Cefalú (Hubbard 1898), mamy do czynienia z dwiema fazami budowli, które przypadają głównie na 1. połowę XII wieku (Zorić 1989, s. 575-579).

W 2015 roku przeprowadzono pierwsze badania sondażowe, które miały na celu odtworzenie planu budowli w rozwarstwieniu chronologicznym oraz rekonstrukcję kontekstu kulturowego z okresów przed, w trakcie funkcjonowania i po zakończeniu użytkowania kościoła. Pracę rozpoczęto od eksploracji niewielkiego wykopu, o powierzchni 9 m^2, wytyczonego po zewnętrznej stronie muru absydy południowej. O potencjale poznawczym stanowiska świadczyły zarówno odkryte pochówki, jak i stosunkowa duża liczba znalezionych fragmentów ceramiki naczyniowej (296 ułamki).

W następnych latach cmentarz przykościelny, którego pozostałości odkryto w badaniach sondażowych w 2015 roku, był sukcesywnie eksplorowany. W efekcie wszystkich dotychczasowych kampanii prac wykopaliskowych odkryto 35 pochówków, w tym 12 grobów, które zachowały się w całości. Na cmentarzu odsłonięto szkielety pochowanych niemowląt oraz kobiet. Ich obecność może dowodzić, że w tej części cmentarza prawdopodobnie chowano głównie osoby świeckie.
O znaczącej pozycji społecznej pochowanych osób mogą świadczyć formy niektórych spośród odsłoniętych grobów oraz ich bliskie położenie w relacji do południowej ściany świątyni. Najbliżej muru odkryto monumentalną konstrukcję kamienną i kamienny grób o kształcie antropomorficznym. Zastanawiające jest również pochodzenie zmarłych. Część pochowanych mogła pochodzić z północnej Europy, na co może wskazywać ich wysoki wzrost, nietypowy dla ówczesnych mieszkańców Sycylii (więcej w zakładce - cmentarz).

Prace wykopaliskowe objęły również teren wewnątrz kościoła. Wykopy usytuowano na obszarze prezbiterium, transeptu, absydy południowej oraz nawy głównej.

Plan budowli sporządzony na podstawie pomiarów i fotoskaningu przez  dr Annę Kubicką różni się w szczegółach od publikowanych dotychczas (Guiotto 1955, s. 6; Oliva 2008, s. 106; 111), tym bardziej, że w trakcie plac wykopaliskowych osłonięto nieznane dotychczas elementy architektury, takie jak filar łuku tęczowego, dwie nieznane przypory, fragment sklepienia krzyżowego wraz ze zwornikiem, czy schodów wiodących z transeptu do prezbiterium.

Zachowane pozostałości kościoła pozwalają rekonstruować go, jako budowlę trójabsydową, jednonawową. Widoczne do dzisiaj mury nawy i transeptu, posadowione bezpośrednio na skale, powstały jednorazowo. Potwierdza to nie tylko analiza szczegółów konstrukcyjnych, ale także odkryte na blokach kamiennych znaki kamieniarskie.

Udało się ich odczytać ponad sto, klasyfikując je według formy w kilkunastu grupach. Niektóry formy znaków odpowiadają kształtom znaków odkrytych na kamieniach użytych przy budowie katedry w Cefalù, ale także Castello Maredolce w Palermo czy Castello Maniace w Syrakuzach. Są to jednak zarazem formy uniwersalne występujące w Europie w szerokim horyzoncie przestrzennych i chronologicznym (Terreno 2016, więcej o znakach por. Dionigi 2009; Piras 2012). Inwentaryzacja i analiza znaków murarskich (kamieniarskich), zachowanych na blokach kamiennych ściany południowej potwierdza hipotezę, że mamy do czynienia z budowlą jednofazową, nie może być zatem mowy o większych przebudowach w okresie nowożytnym, a takie hipotezy także spotykamy w literaturze dotyczącej kościoła Santa Maria di Campogrosso. Wyraźny podział na dwie strefy w ścianie południowej budowli: zachodnią w której dominuje znak E i wschodnią, z przewagą motywu strzały, wskazuje na udział w budowie co najmniej dwóch grup muratorów lub zastosowanie dwóch różnych partii kamienia budowlanego pochodzących od różnych wykonawców. Problemem do rozstrzygnięcia pozostaje funkcja znaków, które najprawdopodobniej w tym wypadku są znakami własnymi (robotników akordowych). Nie znaczy to, że część z nich nie niosła ze sobą określonych treści symbolicznych. Z tego punktu widzenia interesujące wydają się być analizy prowadzone dla tego typu znaków na kościołach romańskich Półwyspu Iberyjskiego, nawet jeżeli proponowane przez Autora kwerendy interpretacje wydają się być zbyt daleko idące (Bozal 2013).

Wciąż mamy niewiele przesłanek do rekonstrukcji górnej partii budowli. Istnienie przypór stanowi wskazówkę pozwalającą domyślać się sklepienia na gurtach lub krzyżowego. W południowej części transeptu istniało niewątpliwie sklepienie krzyżowe spięte kluczem sklepiennym, który odnaleziono w 2017 roku.

Odkrycie pozostałości filara podtrzymującego łuk tęczowy może wskazywać na istnienie wieży na skrzyżowaniu nawy i transeptu.

Kościoły o zbliżonym planie występujące w południowych Włoszech datowane są na ogół na 2 połowę XI lub XII wiek, jak np. San Filippo Fragalá, San Giovanni Vecchio di Stilo, San Nicolo in Sciacca, Santa Maria di Terreti oraz San Giovanni degli Eremiti oraz San Giovanni Theristis.  Forma kościoła Santa Maria di Campogrosso wykazuje jednak bliższe związki z architekturą zachodnioeuropejską, w odróżnieniu od innych, ówczesnych kościołów Sycylii zachodniej. W przypadku potwierdzenia wczesnej chronologii badanego zespołu byłby to drugi z najstarszych kościołów w rejonie Palermo obok kościoła San Giovanni dei Lebbrosi.

Wnętrze kościoła na podstawie dotychczasowych badań można podzielić na trzy strefy: A – strefę nawy; B - strefę transeptu i absydy południowej, C – strefę prezbiterium. Występowały tutaj warstwy związane z okresem przed budową kościoła (strefa A); okresem budowy (B), użytkowania w celach sakralnych i następnie świeckich (A, C); okresem rozbiórki (A, B), okresem popadania w ruinę do czasów współczesnych (A, B, C).

Faza I – okres przed budową kościoła
Z fazą tą wiąże się warstwa US 11, znana już z obszaru cmentarzyska. Tworzyła ona poziom użytkowy w okresie budowy kościoła. W wielu miejscach została usunięta aż do skały – w rejonie transeptu, absyd i prezbiterium w czasie budowy, ale także ponownie w czasie rozbiórki. Dlatego też udało się do niej dotrzeć jedynie w rejonie nawy, gdzie prace rozbiórkowe zatrzymywały się niekiedy na poziomie wapiennego podkładu pod posadzkę.

Faza II – okres budowy kościoła
W wykopach we wnętrzu kościoła nie zachowały się ślady warstw związanych z procesem budowy. Zostały najprawdopodobniej usunięte w trakcie rozbiórki posadzek. Jedynie w niewielkim fragmencie nawy udało się odsłonić fragmenty podkładu pod posadzki.

Faza III – użytkowanie kościoła w celach sakralnych
Tylko w kilku miejscach (wykop 10; 14) udało się odkryć zalegające na niej pozostałości wapiennego podkładu pod posadzkę (podłogę?) kościoła. Niestety, jak wspomniano wyżej, w trakcie rozbiórki bardzo często docierano aż do skały pierwotnej. Nie zachowały się zatem na ogół warstwy z okresu użytkowania kościoła przed desakralizacją. W większości przypadków, z wyjątkiem prezbiterium, zostały całkowicie usunięte. Zachowały się natomiast w wykopach 10 i 14 ślady użytkowania w celach świeckich, pozostałości zabudowań gospodarczych (US 2 i US 3).

Faza IV – destrukcja kościoła
Z tą fazą łączą się warstwy zasypiska (US 2 i US3). Warstwy w wykopach, usytuowanych wewnątrz absydy południowej (wykop 3 i 12), tworzyło zasypisko wnętrza budowli, składające się z rumoszu kamiennego, pozostałości konstrukcji muru, piasku oraz zaprawy. Poniżej drobnego rumoszu kamiennego obecne było zasypisko konstrukcji ścian i kamiennego sklepienia (US 2). Tuż nad skałą macierzystą, wśród gruzu odnaleziono pozostałości bloczków zespolonych kluczem sklepiennym, przyozdobionym płaskorzeźbą o wzorze kwiatowym. W centrum kwiatu był trzpień żelazny.
W wykopie 12, nad skałą macierzystą, na głębokości ponad metra, pod rumowiskiem, odsłonięto warstwę spalenizny (US 3). W warstwie tej odnaleziono medalik z wyobrażeniem świętego Antoniego z Padwy. Analogiczne medaliki zostały znalezione podczas prac wykopaliskowych kościoła Maria SS. degli Agonizzanti (XVII-wieczny kościół znajdujący się w samym centrum Palermo), które datowane są na wiek XVII.
W wykopie 4, usytuowanym na obszarze transeptu i prezbiterium, odnotowano bardzo podobną warstwę rumowiska (US 3), składającą się z rumoszu kamiennego, ułamków zaprawy, piasku i większych bloków kamiennych, pochodzących z muru kościoła.

Faza V – po destrukcji kościoła
We wszystkich wydzielonych strefach były to warstwy gruzu ze śladami sporadycznego użytkowania oraz przykrywająca je warstwa humusu. Sprecyzowanie chronologii rumowiska na obszarze transeptu, prezbiterium i absydy południowej jest bardzo trudne. W omawianych wykopach odnaleziono łącznie 657 ułamków ceramiki naczyniowej, pochodzące z naczyń kuchennych i zasobowych, które nie są dobrymi wyróżnikami chronologicznymi. Na podstawie źródeł pisanych czas powstania rumowiska można ustalić na wiek XVI. Medalik XVII-wieczny odnaleziony w warstwie spalenizny, położonej poniżej rumowiska, zdaje się ten moment rozbiórki kościoła przesuwać na wiek XVII. Jednak medaliki nowożytne są słabo opracowane, a i ich chronologia w literaturze może być przedstawiana różnie.