Na Kosančićevом vencu, nalazi se jedno od najznačajnijih arheoloških nalazišta u Beogradu. Ispod današnjeg zaraslog placa sačuvani su slojevi koji svedoče o dugom kontinuitetu života u Beogradu, od rimskog Singidunuma, preko srednjovekovnog Beograda i osmanskog perioda, do epohe moderne srpske države, kada je na ovom mestu podignuta prvobitna Narodna biblioteka Srbije.
Međutim, priča o ovom lokalitetu nije samo priča o slojevima grada. Ona je i priča o istrajnosti jedne žene, dr Gordane Cvetković Tomašević koja je, uprkos birokratskim ograničenjima i skromnim finansijskim uslovima, uspela da se izbori da naučno istraživanje dobije prednost nad administrativnim i urbanističkim pritiscima.
Arheološka istraživanja na adresi Kosančićev venac 12–16 započela je 1976. godine, sa namerom da sistematski ispita teren koji je bio planiran za uređenje memorijalnog parka posvećenog nekadašnjoj Biblioteci. Zgrada je bombardovana 6. aprila 1941. godine od strane nacističke Nemačke, i u trećem talasu pogođena je zapaljivom bombom što je dovelo do razornog požara. U požaru su stradali i gotovo svi fondovi Biblioteke, što predstavlja jedan od najvećih kulturnih gubitaka u srpskoj istoriji.
Posle rata, zbog nemogućnosti rekonstrukcije, ostaci zgrade su uklonjeni, dok su temelji i delovi podrumskih prostorija ostali sačuvani. Lokalitet je, međutim, dugo ostao u ruševinama i nezaštićen.
Upravo u takvim okolnostima, dr Gordana Cvetković Tomašević pokrenula je i vodila višedecenijska istraživanja, koja su, uz prekide i skromna finansijska, trajala sve do 1997. godine. Njena istraživačka upornost pokazala je da prostor Kosančićevog venca krije mnogo starije slojeve od same zgrade Biblioteke. Ispod njenih temelja otkriveni su ostaci rimskih termi, što je potvrdilo urbani karakter ovog dela antičkog Singidunuma. Pored toga, dokumentovani su i srednjovekovni i osmanski slojevi, kao i nalazi iz novijeg perioda.
Tokom istraživanja evidentirano je gotovo 1100 pokretnih predmeta, uz obimnu studijsku dokumentaciju koja obuhvata vremenski raspon od praistorije do 20. veka. Ovaj materijal predat je Muzeju Grada Beograda.
Najznačajniji i najreprezentativniji sloj pripada rimskom periodu i vezan je za ostatke javnog kupatila (termi) antičkog Singidunuma. Kompleks je podignut krajem 2. ili početkom 3. veka, verovatno u vezi sa delovanjem Legije IV Flavije, čiji su pečati zabeleženi na građevinskom materijalu. Istraženi deo obuhvata centralnu zonu objekta površine oko 800 m², dok se pretpostavlja da je čitav kompleks zauzimao najmanje 2.000 m². Otkrivene su prostorije sa sistemom podnog i zidnog grejanja (hipokaust), frigidarijum sa bazenom hladne vode, kaldarijum sa kadama. Arhitektonska dekoracija uključivala je zidne freske sa imitacijom mermerne oplate, figurativne i floralne motive, kao i mozaičke podove.
Nalazi ukazuju da je objekat tokom 4. veka izgubio prvobitnu javnu funkciju i bio adaptiran za stambene potrebe, verovatno kao urbana vila. O tome svedoči veliki broj keramičkih, staklenih i kamenih posuda za svakodnevnu upotrebu, kućni inventar, nakit i pribor za ličnu negu, kao i novac datovan od 1. do 6. veka. Ne postoje tragovi nasilnog razaranja; naprotiv, slojevi urušavanja i nalaz kasnorimskog novca upućuju na postepeno napuštanje objekta krajem 5. ili početkom 6. veka. U kasnijim vekovima građevinski materijal sa ruševina korišćen je za novu gradnju, dok je sloj šuta i zemlje konzervirao ostatke antičkog kompleksa.
Najmlađi istorijski sloj vezan je za izgradnju i rušenje Narodne biblioteke Srbije (zajedno sa još dve kuće), sagrađene početkom 20. veka i uništene u nemačkom bombardovanju 6. aprila 1941. godine. Istraživanjima su dokumentovani slojevi rušenja i požara, kao i ostaci izgorelog bibliotečkog fonda, čime je arheološki potvrđena i materijalizovana jedna od dramatičnih epizoda kulturne istorije Srbije.
Lokalitet Kosančićev venac predstavlja izuzetno vredan višeslojni urbani arheološki kompleks, koji svedoči o kontinuitetu i prekidima naseljavanja od praistorije, preko rimskog i srednjovekovnog perioda, do savremenog doba.
Tokom celog perioda iskopavanja postojale su inicijative da se ovaj prostor obeleži, ali zbog različitih interesa konsenzus nikada nije postignut. Godine 2011. pokrenuta je ozbiljna inicijativa Banke Inteza u Srbiji za obnovu obeležja Narodne biblioteke, za koju su bila odvojena značajna finansijska sredstva. Projekat, međutim, iz nepoznatih razloga nije realizovan.
Na predlog Skupštine grada, sledeće idejno rešenje 2017. izradio je slovenački arhitekta Boris Podreka, ali do danas ovaj projekat nije sproveden.