Cercetarea arheologică preventivă s-a impus ca urmare a faptului că biserica este monument istoric, înscris în Lista Monumentelor Istorice sub codul SB-II-m-B-12543. Cu sprijinul preotului paroh și al credincioșilor din parohie, a fost realizată această cercetare de către o echipă de arheologi compusă din prof. univ. dr. habil. Ioan Marian Țiplic  (directorul Centrului de Cercetare a Patrimoniului și Istoriei Socio-Culturale din cadrul Universității ”Lucian Blaga” din Sibiu – CCPISC-ULBS), asist. cercet. dr. Adrian Nicolae Șovrea și asist. cercet. dr. Alexandru Florin Cioltei (ambii din cadrul CCPISC).

Despre biserică se cunoșteau mai multe date istorice, în principal, din două studii monografice (Nicolae Sasu, Sebeșul de Jos: monografie, Editura Armanis, Sibiu 2016 și Matei Eugen Stoean, CTITORII ALE OAMENILOR LIBERI – arhitectura bisericilor de zid ale românilor din zonele de graniță dintre Oltenia, Muntenia și Transilvania (1700-1850), 2021), dintre care primul adună mai multe date istorice, dar fără o atenție sporită acordată cercetării de arhivă. În lucrarea sa, Nicolae Sasu prezintă o serie de informații utile cu privire la istoria lăcașelor de cult din Sebeșul de Jos, menționând existența, de-a lungul timpului, a nu mai puțin de 4 biserici parohiale: două din lemn pe alt amplasament și alte două din piatră pe amplasamentul actual. 

Biserica actuală (biserica nr. 4) se știe că a fost construită în anii 1829-1830, deoarece vechea biserică (biserica nr. 3) devenise neîncăpătoare și s-a impus realizarea uneia care să permită participarea comunității la slujbele religioase. Din datele istorice preluate după lucrări mai vechi rezulta că biserica actuală a fost construită în jurul celei vechi fără a fi demolată decât la momentul când a fost finalizat și acoperișul noii biserici (biserica nr. 4). Planimetric, biserica actuală are un plan clasic de biserică sală cu naos, pronaos și altar semicircular, având pereții din piatră legată cu mortar și având pe latura de vest un turn-clopotniță.

Pentru a verifica informația cu privire la biserica veche de zid, arh. dr. Liviu Gligor, autorul proiectului de restaurare, a solicitat realizarea unui studiu arheologic ce a demarat luni, 30 mai 2022. Cercetarea arheologică a pus în evidență fundațiile vechii bisericuțe de zid (biserica nr. 3), două morminte din cimitirul ce a funcționat în jurul acesteia, morminte ce sunt în prezent în fața catapetesmei pe latura de sud a naosului, precum și o serie de obiecte, printre care fragmente de cărămizi de paviment, de țigle din acoperișul vechii biserici și un vas ceramic cu 4 monede și o scoică de mare ce au făcut parte dintr-o salbă.

Biserica veche (biserica nr. 3) a fost și ea o biserică sală cu pronaos, naos și altar poligonal și cu un turn pe latura de vest, fiind cu circa 6 m mai scurtă și cu cca. 2 m mai îngustă decât biserica actuală (biserica nr. 4). Fundațiile vechii biserici sunt păstrate în condiții foarte bune, fiind demolată cu mare grijă doar în partea ei de elevație. 

Despre biserica veche de zid (biserica nr. 3) știm că era funcțională în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, deoarece pe harta localității din prima ridicare Iosefină a Transilvaniei (1769-1773) este prezentată imaginea unei biserici din zid pe locul pe care se află și astăzi biserica parohială. Coroborând acest izvor cartografic cu informația din pisania ce se află pe bolta parterului turnului de vest ([Cu vrerea Tatălui şi cu ajutorul Fiului şi cu săvârşirea Sf. Duh amin, făcutu-s-a această sf. biserică cu hramul Sf. Adormire la leat 1741 iar turnul la leat 1770]) putem spune, cu privire la cronologia monumentelor de cult din zid, că biserica nr. 3 datează din prima jumătate a secolului al XVIII-lea, fiind una dintre cele mai vechi biserici ortodoxe de zid din zona Sibiului. 

Spre exemplu cea mai veche biserică ortodoxă românească din Sibiu este Biserica ”Sfântul Apostol și Evanghelist Luca” din așa zisă a zonă a ”Maierii Sibiului” (str. Lungă) construită în anul 1791, iar cea mai veche biserică ortodoxă din Sibiu este Biserica "Buna Vestire", cunoscută și ca Biserica din Groapă, care a fost construită în anul 1789 și refăcută în anii 1802-1803. Alte biserici ortodoxe de zid din zona Mărginimii Sibiului au fost construite tot spre sfârșitul secolului al XVIII-lea: Biserica "Înălțarea Domnului", din Săliște a fost construită între anii 1761-1785, Biserica "Bunavestire" din Cristian este datată din anul 1790 ș.a. Un alt exemplu care ilustrează importanța bisericii nr. 3 din Sebeșul de Jos este cel al Bisericii "Adormirea Maicii Domnului" din Sebeș, construită în anul 1776, deci cca. 40 de ani mai târziu decât cea din Sebeșul de Jos. Pe de altă parte, înlocuirea bisericilor de lemn cu biserici de zid a reprezentat un fenomen specific pentru comunitățile românești bine poziționate economic abia la mijlocul secolului al XIX-lea, iar majoritatea comunităților ortodoxe din zona de nord a județului Sibiu au trecut la biserici de zid abia după anul 1918.

Având ca argumente istorice harta Iosefină și pisania în slavonă de pe bolta parterului turnului de vest, iar ca argument arheologic fundația și cimitirul aferent bisericii vechi de zid (biserica nr. 3), se poate afirma cu certitudine că avem de a face cu o construcție ecleziastică de zid ce funcționa într-o comunitate ortodoxă încă din prima jumătate a secolului al XVIII-lea și poate fi pusă alături de Biserica ”Adormirea Maicii Domnului” din Sadu ce funcționa, se presupune, în anul 1719 și cea din Turnu Roșu (Biserica ”Sfântul Nicolae”), ctitorită de Matei Basarab (1632-1654), ca fiind printre cele mai vechi monumente ortodoxe de zid din zona Sibiului. Dar biserica din Sadu (biserica veche de zid și piatră) nu a beneficiat, ca multe alte biserici ortodoxe din zonă (Săliște, Sadu, Ocna Sibiului ș.a.), până în prezent, de cercetări arheologice care să aducă noi date privind istoria arhitecturii ecleziastice de zid din mediul ortodox românesc. De aceea biserica nr. 3 din Sebeșul de Jos este, la acest moment, unul dintre cele mai importante monumente din mediul ortodox din zona de sud a Transilvaniei, exceptând zonele ceea ce s-au numit Țara Făgărașului și Țara Hațegului și merită să se bucure de toată atenția autorităților ecleziastice și laice de la nivel local până la nivel județean.