Ngày 7/8/1908, nhà khoa học Johann Veran đã phát hiện ra bức tượng cổ trong khi tham gia khai quật tại một địa điểm đồ đá cũ gần Willendorf, một ngôi làng của nước Áo.
Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu kết luận rằng nó đã khoảng 20.000 năm tuổi. Tuy nhiên, sau một phân tích vào năm 1990 dựa vào lớp đá của bức tượng, niên đại đã được sửa đổi thành 25.000 đến 30.000 TCN.
Bức tượng nhỏ với chiều dài 11 cm, được chạm khắc, có màu đất đỏ và miêu tả hình dạng của một người phụ nữ khỏa thân. Tượng được đặt danh hiệu là "thần vệ nữ Willendorf" vì người xưa tin rằng đây sẽ là một tác phẩm điêu khắc thể hiện sự sinh sôi nảy nở.
Dù không thể hiện rõ khuôn mặt nhưng bức tượng lại có vóc dáng nổi bật, khiến các nhà nhân chủng học liên tưởng đến khả năng sinh sản: ngực, cơ quan sinh dục, mông và chân được điêu khắc phóng đại.
Chất liệu của bức tượng là câu đố lớn nhất mà các nhà khoa học tìm cách lý giải. Không được điêu khắc bằng ngà voi hay xương như hầu hết các bức tượng thời đại đó, "thần vệ nữ Willendorf" được làm từ oolite (đá trứng). Oolite (đá trứng) là một loại đá vôi trầm tích thú vị được tạo thành từ các hạt hình cầu gọi là Oodis, sau đó còn được nhuộm đỏ bằng đất son.
Nhóm khoa học gia dẫn đầu bởi nhà nhân chủng học Gerhard Weber từ Đại học Vienna (Áo) đã sử dụng kỹ thuật quét micro-CT để xem xét bên trong tác phẩm và phát hiện nhiều điều bất ngờ.
Cấu trúc bên trong bức tượng không đồng nhất mà chứa nhiều lớp trầm tích với các hạt mang mật độ và kích thước khác nhau. Ngoài ra nó còn chứa những mảnh nhỏ gọi là limonites, một loại tạp chất cho thấy oolite này hoàn toàn không đến từ bán kính 200 km từ nơi bức tượng được chạm khắc.
So sánh với dữ liệu từ đá cổ kỷ Jura, các nhà khoa học đã tìm ra nơi cung cấp đá để tạc ra "thần vệ nữ Willendorf" là tận Hồ Grada ở miền Bắc nước Ý, tức phiến đá hoặc bức tượng đã di chuyển từ Nam đến Bắc của dãy Alps. Nếu đi đường vòng, hành trình lên tới 730 km.
Đây được xem là hình trình rất đáng kinh ngạc, bởi vào thời kỳ đó, không có hỗ trợ của phương tiện máy móc hiện đại, địa hình lại rất hiểm trở. Song, có thể thấy bức tượng thần vệ nữ Willendorf đã được bảo vệ cực kỳ chu đáo trên đường đi, cho thấy giá trị thiêng liêng của bức tượng.
