Le lieu historique national du Canada Cartier-Brébeuf a fait l’objet de plusieurs interventions archéologiques, dont la première remonte à 1959. Ces travaux avaient surtout pour but d’identifier l’emplacement de l’hivernage de Jacques Cartier (Saint-Malo, 1491 – Saint-Malo, 1557), un site d’une grande valeur symbolique. L’emplacement du lieu historique s’est toutefois révélé en grande partie perturbé.

Plusieurs recherches ont été réalisées dans le secteur voisin par la Ville de Québec. Les sondages effectués lors de la restauration de la maison Dorion-Coulombe laissent croire que des vestiges d’occupation ancienne, dont certains remonteraient aux 16^e et 17^e siècles, pourraient subsister.

Le site de l’hivernage de Cartier tient une place importance dans l’histoire de l’archéologie québécoise. Dans son récit de voyage de 1608, Samuel de Champlain (Brouage?, ? – Québec, 1635) décrit les vestiges du lieu d’hivernage de Cartier en bordure de la rivière Saint-Charles. En 1843, la coque d’un navire découverte au confluent du ruisseau Saint-Michel et de la rivière Saint-Charles a été identifiée comme étant celle de la Petite Hermine, abandonnée par Cartier. À cette occasion, des vestiges ont été envoyés à Saint-Malo, où une commission d’archéologues a soutenu que le navire pouvait remonter à l’époque du voyage de l’explorateur. Les pièces de bois et les ferrements du bateau ont été divisés en deux parties, l’une pour le musée de Saint-Malo, l’autre pour l’hôtel du Parlement de Québec. Cette dernière a disparu dans l’incendie de l’édifice en 1883.