L'aspetto attuale dell'intero complesso è il frutto di scavi archeologici, interventi e rifacimenti avvicendatisi nel corso degli anni.

 

Nel 1900 Giuseppe Sordini scopre uno stilobate ed altri elementi architettonici romani in una zona attigua all'Arco di Druso; raccoglie una piccola somma per iniziare i lavori di scavo sottostanti la chiesa e per rimuovere l'intonaco del muro esterno lato ovest. Qui, tra numerosi altri reperti, vengono rinvenuti ancora in situ il tronco di una colonna scanalata e un frammento epigrafico inciso in travertino, probabilmente usato nel medioevo come materiale da costruzione a chiusura di un intercolumnio; in esso si legge: "Matri filiarum eius".

 

I lavori vengono spesso interrotti per mancanza di fondi; nel 1939 si interrompono del tutto per il veto imposto dalla comunità religiosa presente, i frati minori conventuali. Riprendono solo negli anni 1955-1957.

 

Grazie a Umberto Ciotti, sovrintendente ai monumenti per l'Umbria, e alla piena collaborazione dei frati, viene isolato e riportato in luce quasi completamente un tempio romano del I secolo d.C. di ignota dedicazione. La datazione trova conferma nelle caratteristiche dello stilobate e nel rinvenimento di frammenti di vasi di tipo aretino risalenti a quel periodo.

 

Per ripristinare il lato occidentale del tempio e far sì che il muro della cella avesse funzione di muro esterno della chiesa, viene tolto il ringrosso murario che aveva permesso di ricavare due cappelle all'interno; oltre alle due cappelle si procede con altre importanti e dolorose demolizioni (il campanile, un piccolo portico, scale e ingresso del convento), che permettono una maggiore visibilità del pilone sinistro dell'Arco di Druso e gli restituiscono in parte le originarie proporzioni. Per meglio rendere forma e proporzioni del pronao, non essendo possibile completare la porzione di colonna scanalata rinvenuta, vengono disegnate sull'intonaco le sagome delle colonne mancanti.

 

Inaspettatamente, sempre sul lato ovest, viene rinvenuto un pozzo circolare, preesistente al tempio, alla cui corrispondenza la costruzione dello stilobate risulta interrotta, probabilmente per conservarne l'uso. Emergono anche due "corridoi" contigui e paralleli, che consentono di girare intorno allo stilobate, pavimentati in "opus spicatum", con imboccature sormontate da blocchi sagomati ad arco ribassato; forse erano passaggi pubblici oppure erano adibiti a bottega.

 

Viene individuato e restaurato un frammento della trabeazione, attualmente ancora visibile, completa di architrave, fregio, cornice, ovuli, palmette, dentelli e fogliame.

 

L'ingresso del tempio romano affacciava sul foro della città, l'attuale piazza del Mercato. Era formato da un'ampia cella rettangolare rivestita all'esterno di piccoli conci e preceduta da un pronao tetrastilo con sei colonne di marmo scanalate, quattro di fronte e due laterali alte 6,97 metri, il tutto poggiava su di uno stilobate composto da grandi pietre perfettamente squadrate alto circa tre metri, collegato al foro per mezzo di una scalinata. Il pavimento era in marmo bianco. La lunghezza totale dell'edificio era di 16,87 metri, di cui circa i due terzi occupati dalla cella e il resto dal pronao; la larghezza era di 8,68 metri; l'altezza dal suolo alla trabeazione marmorea misurava 11,67 metri.

 

Negli anni 1969-1971 viene sostituito il pavimento della chiesa e contemporaneamente si eseguono altri scavi, soprattutto sotto il presbiterio; essi portano ad ulteriori risultati: scoperta della soglia di accesso alla cella del tempio romano, larga circa tre metri; rinvenimento di parti di pavimentazioni sia di epoca romana che medioevale, attualmente rese visibili da un grigliato in ferro posto sotto il pavimento del presbiterio; scoperta dei resti di un muro medioevale costruito fra le due scalette di accesso alla cripta poggiante sul lastricato marmoreo del tempio, forse a sostegno del presbiterio; viene ripristinato il passaggio diretto dalla chiesa alla cripta.

La ricostruzione delle antiche vicende della Chiesa di Sant'Isacco e Marziale sono tuttora incerte: sembra che, caduto il culto pagano, la prima chiesa cristiana sia sorta probabilmente tra l'età paleocristiana e l'alto medioevo e abbia occupato l'intera area del tempio, sostituendosi ad esso e mantenendo lo stesso orientamento verso il foro.

 

La fama spirituale di Sant'Isacco di Monteluco, monaco originario della Siria, giunto a Spoleto nella prima metà del VI secolo e dedito alla vita eremitica sul Monteluco, è tale che la chiesa viene dedicata a lui e a San Marziale, suo successore a guida del movimento eremitico.

 

Nel corso dei secoli seguenti probabilmente l'abside semicircolare della chiesa, addossata al lato sud del tempio, è stata sommersa da un'enorme quantità di terra scesa a valle, fenomeno che avrebbe determinato un innalzamento del livello stradale sul lato sud, senza influire sul livello del lato verso il foro, rimasto notevolmente inferiore. La diversa morfologia del terreno avrebbe suggerito di invertire l'orientamento della chiesa e di costruire una nuova facciata a sud, dove maggiore era l'accumulo di terra e dove prima sorgeva l'abside. Il prolungamento della chiesa verso il foro ha consentito di guadagnare nel dislivello una cripta poggiante sul piano del foro stesso, così da condividerne la pavimentazione.

 

Il collegamento fra cripta e chiesa sovrastante è consentito dall'antica gradinata del tempio.

 

Sull'origine della cripta di Sant'Isacco, gli studiosi si dividono; l'opinione prevalente è che risalga al periodo compreso fra il XI e il XII secolo. Le spoglie di Isacco vengono portate nella cripta intorno all'anno 1500 dai Canonici lateranensi, che abbandonano il monastero di San Giuliano, ormai in estrema decadenza, e si trasferiscono in città, nella chiesa già dedicata ai S.S. Ansano e Isacco.

 

È divisa in tre piccole navate, distinte da colonne di spoglio e ricoperte da volte a crociera; nelle pareti laterali si aprono alcune feritoie a strombo; un'abside curvilinea chiude la navata centrale che un tempo proseguiva al piano superiore in continuità con l'abside della chiesa di Sant'Isacco. L'ingresso era stato risolto con una specie di nartece interno aperto verso la navata centrale con tre aperture, la centrale ad arco e le laterali con architravi. I capitelli delle colonne sono stati datati fra il VIII e il IX secolo, periodo a cui è stata attribuita la costruzione, anche se è probabile che alcuni elementi spogli appartenessero ad un edificio precedente, il che potrebbe posticipare la costruzione della cripta ai secoli XI e XII. Il pavimento è in marmo bianco. L'altare è del 1969.

 

Decorazioni pittoriche in origine ricoprivano l'intera cripta comprese colonne e capitelli. Attualmente gli affreschi del XI-XII secolo, pur mantenendo colori vivi, hanno un aspetto molto frammentario che li rende poco decifrabili. Sono stati ricollocati in situ nel 1971 dopo un precedente distacco e restauro. Sono stati attribuiti a maestranze spoletine influenzate dalla pittura romana. La cripta custodisce le spoglie di Sant'Isacco raccolte dentro una copia del sarcofago del XI-XII secolo, dove rimase fino al XIX secolo; l'originale è conservato al museo nazionale del Ducato.