Wtedy też na jej szczycie zbudowano świątynię jednak nie przetrwała ona do czasów obecnych. Nie wiadomo czy uległa zniszczeniu w sposób naturalny, czy też celowy, ale jej brak uniemożliwił archeologom określenie jakiemu bóstwu została poświęcona piramida. Na początku III wieku, czyli w czasie gdy powstawała Cytadela oraz Świątynia Pierzastego Węża, do piramidy dobudowano jeszcze platformę Adosada. Gotową budowlę pokryto wapiennym tynkiem, na którym namalowano fresk wojowników i zwierząt.
Po upadku Teotihuacánu w VIII wieku, miasto naprzemiennie zamieszkiwały różne ludy. W czasach Azteków stało się miejscem pielgrzymek, gdyż utożsamiano je z mitem o powstaniu świata. Wówczas też nadali piramidzie obecną nazwę.
thumb|Piramida Słońca z masywem Cerro Gordo w tle
Pod koniec XVII wieku Carlos de Sigüenza y Góngora przeprowadził w pobliżu budowli pierwsze wykopaliska. Kolejne, choć na mniejszą skalę, odbyły się w XIX wieku. W 1905 roku archeolog Leopoldo Batres objął kierownictwo nad projektem badawczym i rewitalizacyjnym, w ramach którego odrestaurowano cały obiekt. Jego obecny wygląd jest wynikiem tych działań.