1915年，畢業于清華學堂高等科的袁復禮赴美深造，在布朗大學學習生物學、考古學、植物學等課程。1917年，又轉入哥倫比亞大學，開始學習地質學。

20世紀20年代，面對內憂外患、連年戰亂的中國，袁復禮毅然回國，并迅速投入到地質調查工作中。1922年1月27日，袁復禮參與創建中國地質學會，這也是我國成立最早的自然科學學會之一，對促進中外學術交流和發展中國地質事業起著重要作用。1923年，袁復禮先后在蘭州、張掖等地找尋含煤地層、調查舊煤窯，評價可供開采的煤田。其間，在平涼找到了奧陶紀的筆石化石，在武威西南發現了豐富的海相化石，首次確定了我國有早石炭世晚期地層，為研究我國石炭系地層及生物對比和古地理打下了基礎。

雖然是一位地質學家，但袁復禮對考古學頗有興趣。1921年，袁復禮跟隨瑞典學者安特生在河南澠池仰韶村開展考古發掘工作，在仰韶村遺址第一次發掘中起到了核心作用。

在發掘過程中，袁復禮不僅對遺址進行了全面測量，還繪制了中國考古史上的第一幅等高線地圖——《仰韶村遺址地形圖和仰韶村南部等高線圖》，這幅遺址地形圖為后來的考古調查工作提供了精準的科學依據。

在仰韶文化遺址發掘過程中，袁復禮積極發揮自己的優勢，主持日常發掘工作，并發掘實物包括骨器、石器、陶器等。仰韶文化的發現，揭開了中國現代考古研究的序幕，填補了中國考古文化發展史的空白，袁復禮也被考古界譽為“中國考古事業的先驅者之一”。