Disposà de les seccions d’excavacions, laboratori, biblioteca especialitzada, publicacions i museu. El SIP i el seu Museu de Prehistòria de València esdevingueren dues entitats inseparables. L’integraren Lluís Pericot, aleshores catedràtic a la Universitat de València, com a sotsdirector, F. Ponsell, M. Jornet i G. Viñes, a més de S. Espí, com a capatàs reconstructor. Inicialment, s’instal·là en uns locals del Palau del Temple, llavors seu de la Diputació. Al final del 1927 es traslladà a les sales daurades del Palau de la Generalitat, fins el 1950.
Les excavacions arqueològiques començaren en llocs tan significatius com la Cova Negra (Xàtiva), base del coneixement del paleolític mitjà valencià; el poblat de la Bastida de les Alcusses (Moixent), on es recuperà una extraordinària col·lecció de materials de la cultura ibèrica, i la cova del Parpalló (Gandia), molt transcendent per als estudis del paleolític superior. Fins el 1931, s’excavà, a més, al jaciment paleolític de la cova de la Petxina (Bellús), al jaciment neolític de la cova de la Sarsa (Bocairent) i als treballs de salvament en el poblat de l’edat del bronze de la muntanyeta de Cabrera (Torrent), entre d’altres. Fruit de les exploracions realitzades pels col·laboradors del SIP, a partir del 1932 es donaren a conèixer els poblats ibèrics de la Cova Foradada i de la Mont-ravana (Llíria), i de la Torre Seca (Casinos), i els jaciments prehistòrics de la cova de l’Or (Beniarrés), l’Abrigo del Turche i Covalta de Venta Mina (Bunyol). I, a partir del 1933, s’excavà sobretot al poblat ibèric del tossal de Sant Miquel de Llíria. A més de les excavacions, s’incrementà significativament el fons del museu amb la col·lecció de F. Motos, excavador de diversos jaciments d’Almeria, Granada i Múrcia, en especial de la cultura de l’Argar; els materials aplegats per M. Cazurro, un extens conjunt de vasos i molt diversos objectes grecs i romans procedents d’Empúries; el conjunt de bronzes del dipòsit burgalès de Huerta de Arriba, corresponents a l’anomenat bronze Atlàntic, i, finalment, la col·lecció d’A. Pérez, integrada per materials púnics, d’època romana i medieval, la majoria procedents de la necròpoli eivissenca del puig des Molins. En aquests temps, s’hi incorporaren nous col·laboradors, com ara E. Gómez i Nadal, Domènec Fletcher, E. Jiménez, J. San Valero i M. Vidal López; als quals s’afegiren, alguns anys després, F. Jordà, J. Chocomeli, J. Alcàcer i Enric Pla.
El 1937 el Consell Provincial de València, organisme creat per substituir la Diputació, fundà l’Institut d’Estudis Valencians, i el SIP i el Museu de Prehistòria s’integraren a la Secció Historicoarqueològica presidida per I. Ballester. En aquest marc s’inicià la publicació de la sèrie “Treballs Solts del SIP”, amb quatre números, la qual se sumà a la revista Archivo de Prehistoria Levantina (APL), publicada des del 1929, i a la sèrie de les memòries anuals, titulades La Labor del SIP y su Museo. A més, s’adquiriren dues col·leccions d’importància: les figures de terracota procedents d’Eivissa aplegades per l’erudit valencià F. Martínez i Martínez, i la d’E. Botella a partir de les excavacions del poblat de l’edat del bronze de la Mola Alta de Serelles (Alcoi). A més, l’estada a València d’una delegació del Museu Nacional de Ciències Naturals de Madrid permeté netejar i classificar els materials paleontològics de la cova Negra i la Cova del Parpalló.
Des del 1941, el SIP reprengué gradualment els treballs de prospecció i excavació, especialment al tossal de Sant Miquel de Llíria, i a d’altres jaciments que abracen des del paleolític fins al món ibèric: la cova de La Cocina (Dosaigües), l’enterrament múltiple eneolític de la cova de la Pastora (Alcoi), el poblat i la cova del Mal Paso (Castellnou de Sogorb), el poblat de La Ereta del Pedregal (Navarrés), la cova de les Malladetes (Barx), la Covacha de Llatas (Andilla), els poblats de la penya de La Dueña (Teresa de Cofrents) i l’Atalayuela (Llosa del Bisbe). Al final dels anys quaranta, el SIP i el Museu ja s’havien consolidat, amb una important base documental sobre el patrimoni arqueològic valencià, una biblioteca especialitzada i una sèrie pròpia de publicacions. El 1945 s’integrà al CSIC com a Secció de Prehistòria a València i, posteriorment, a la Institució Alfons el Magnànim de la diputació valenciana.
El 1950 Fletcher n’assumí la direcció, i Pla, la sotsdirecció. El 1958 la institució completà la seva instal·lació al Palau de la Batlia, on romangué durant els vint-i-cinc anys següents. Es feren excavacions al tossal de Sant Miquel, la Cova Negra, la cova del Parpalló i els poblats ibèrics de Los Villares (Caudete de las Fuentes) i la Mont-ravana (Llíria), l’assentament tardoromà de la punta de l’Illa (Cullera) i la cova de l’Or (Beniarrés), un jaciment neolític de singular riquesa. El Museu incorporà els seus materials a les sales d’exposició, i també les importants donacions de M. Jornet, J. Pérez Caballero i de R. Vela sobre arqueologia americana, especialment la cultura boliviana de Tiahuanaco. Durant aquests anys participaren en la tasca del SIP un nombrós grup de col·laboradors repartits per tota la geografia valenciana. L’activitat s’encaminà cada vegada més cap a la defensa i recuperació del patrimoni arqueològic enfront del perill de les destruccions i pèrdues ocasionades per l’auge de les transformacions de les terres i les obres de construcció. De manera que els anys setanta, en rebre i canalitzar la col·laboració de nous i nombrosos investigadors, generalment vinculats als departaments universitaris, el SIP aparegué com una de les institucions principals de l’arqueologia valenciana. Els noms vinculats a l’activitat de la institució eren els següents: F. Bravo, M.A. Vall, C. Sentandreu, S. Bru, G. Martín, E. Llobregat, M. Gil-Mascarell, J. Aparicio, C. Aranegui, R. Enguix, M. Pérez, Bernat Martí, V. Villaverde, H. Bonet, C. Mata, J. Bernabeu, J.V. Martínez, entre d’altres.
El 1982, coincidint amb l’accés a la direcció d’Enric Pla, el SIP es traslladà a l’antiga Casa de Beneficència amb la biblioteca, l’arxiu, el laboratori i els magatzems. Pel que fa al laboratori de restauració, a la tasca iniciada per S. Espí, i després de R. Famburna i J.M. Montañana, s’incorporà I. Sarrión. La biblioteca especialitzada rebé un nou impuls, primer per part de M.V. Goerna i més endavant per C. Martín. S’hi feren diverses exposicions: els ibers (1982), les societats caçadores de la prehistòria valenciana (1984) i el neolític (1987). El 1993 es rehabilità completament l’edifici, i des del 1995, les noves sales d’exposició ja mostren l’estat dels coneixements i els principals testimonis dels jaciments arqueològics valencians des de la primera presència de l’home fins a l’època romana, com a resultat del treball d’un grup format principalment pels membres del SIP H. Bonet, J. Juan-Cabanilles, M.J. de Pedro i R. Pérez, i per professors universitaris com C. Aranegui, V. Villaverde, M.S. Hernández, C. Mata, P.P. Ripollés, P. Guérin, M.M. Llorens i molts altres investigadors. El SIP i el seu Museu de Prehistòria s’integraren aleshores en el marc del Centre Cultural la Beneficència. El 1987, B. Martí n’assumí la direcció fins el 1996; el 2000 hi accedí H. Bonet. La sèrie “Treballs Solts” ha publicat més de 90 monografies de prehistòria i arqueologia valencianes i la revista APL ha depassat la vintena de volums.
Entre la seva bibliografia destaquen: La labor del Servicio de Investigación Prehistórica y su Museo, unes memòries anuals incloses en la memòria de la Diputació de València; “Actividades del SIP”, una descripció de les excavacions i exploracions en el període 1929-70, fetes per E. Pla i aparegudes en l’APL (1946, 1957, 1961, 1966, 1972), i els treballs d’H. Bonet, M.M. Llorens i J.M. Pedro (Un Segle d’Arqueologia Valenciana,1991); D. Fletcher (Museo de Prehistoria de la Diputación Provincial de Valencia, 1974); D. Fletcher i E. Pla [El Museo del Servicio de Investigación Prehistórica de la Diputación Provincial de Valencia, 1953; Cincuenta años de actividades del Servicio de Investigación Prehistórica (1927-1977), 1977]; B. Martí (“Enric Pla i Ballester”, APL, 22, 1990; amb la col·laboració de V. Villaverde, Museo de Prehistoria de la Diputación de Valencia, 1992; Museu de Prehistòria, 1995); Pericot (“Isidro Ballester Tormo”, APL, 3, 1952), i Pla (“Domingo Fletcher Valls”, APL, 17, 1987).