Archeologický výskum na hradnom kopci hornej aj dolnej časti jednoznačne dokázal existenciu staršieho osídlenia. Jeho strategické postavenie bolo prvýkrát využité v neskorej dobe kamennej. Svedčia o tom nálezy badenskej kultúry (druhá polovica 3. tisícročia pred Kr.). Osídlenie z tohto obdobia reprezentujú zlomky hrncov, šálok, džbánkov a džbánov, mís, črpákov, amfor a zásobníc. Spolu s nimi sa našli kamenné nástroje ako čepele a jadrá. Prvé sezóny výskumu na Dolnom hrade preukázali aj existenciu staršieho pravekého valu pod západnou líniou stredovekého opevnenia. Pôvodne mal kamenozemnú konštrukciu a v jeho zásype sa nachádza keramika z neskorej doby kamennej.
Hradný vrch si svoje významné postavenie udržal aj v mladšej a neskorej dobe bronzovej (14. až 8. stor. pred Kr.). Intenzívne osídlenie z tohto obdobia potvrdilo množstvo keramiky lužickej kultúry nájdené v zásype zemného valu na Hornom hrade. Okrem nich sa tu našli aj črepy kyjatickej kultúry. Sídliskové objekty z doby bronzovej sa nachádzajú na celej ploche Pustého hradu. Okrem keramických nálezov boli zastúpené i zbrane, doklady remeselnej činnosti a poklad bronzových predmetov. Možnú metalurgickú činnosť na Pustom hrade v dobe bronzovej naznačuje aj nález kadlubu na odlievanie ihlíc. Dokladom tkáčstva sú početné nálezy praslenov a závaží z tkáčskych stavov.
Protohistorické osídlenie dokladajú spony a keramika z doby laténskej (4. stor. pred Kr. - 1. stor. pred Kr.). Pri výskume na nádvorí tzv. Dončovho hradu sa pri obvodovej hradbe (v zásype valu?) okrem fragmentov kvalitnej na kruhu točenej keramiky keltskej proveniencie našli aj dve bronzové spony. Obe sú jedným z dokladov o osídlení hradného kopca ľudom púchovskej kultúry. Črepy tejto kultŕy sa našli aj na Dolnom hrade. Išlo zrejme o posledných obyvateľov hradného kopca na dlhé storočia.
Ďalšie stopy osídlenia pochádzajú až z obdobia včasného stredoveku. Doterajšie výskumy naznačujú, že v 9.–11. stor. po Kr. bolo správnym centrom oblasti Zvolena hradisko Priekopa v miestnej časti Zvolena – Môťovej. Otázka súčasného osídlenia na Pustom hrade je stále otvorená. Túto možnosť naznačujú tri zlomky keramiky z veľkomoravského obdobia nájdené v zásype valu v obrannej veži vo východnej strane opevnenia.