Vilkmuižas ezera senkapi nosaukumu ieguvuši novietojuma dēļ Vilkmuižas (arī Vilku jeb Talsu muižas ezers, Vilkamuižas, Vilkumuižas) ezerā.

Vilkmuižas ezera senkapi atklāti 1928. gadā, kad zemledus makšķernieks, daiļkrāsotājs un mehāniķis Ludvigs Šinkunas, meklējot Vilkmuižas ezerā pazaudēto vizuli, ar garā kātā iestiprinātu grābekli no ezera izcēla senlietas. Šajā laikā ezera līmenis bija pazemināts par vienu metru, kas varēja būt iemesls šīs senvietas atklāšanai. Tas arī ļāva vietējiem iedzīvotājiem sistemātiski pārmeklēt ezeru, lai senlietas nodotu gan senlietu uzpircējiem, gan skolu kolekcijās, gan arī paturētu tās privātīpašumā. Pieminekļu valde aizliedza senlietu meklēšanu ezerā, tomēr daži talsenieki slepus turpināja ezerā meklēt senlietas.

Pirmie izpētes darbi sākās 1934. gadā arheologa Eduarda Šturma vadībā, lai noskaidrotu atraduma apstākļus ezerā. Ar troses palīdzību ezers tika sadalīts sektoros, pa kuriem braukāja ar laivu un pārmeklēja ezera dibenu ar garā kātā iestiprinātu grābeklim līdzīgu priekšmetu, izceļot no ezera senlietas. E. Šturms senkapu pētniecībai ezerā veltīja septiņas dienas, kopā no ezera izceļot 85 kg dzelzs un bronzas senlietu, kopskaitā ap 1300 priekšmetu, tajā skaitā jau agrāk no ezera izceltās senlietas.

Pētījumus ezerā 1936. gadā turpināja arheologs Hugo Riekstiņš, kurš pētīšanai norobežotā laukumā vilka pa ezera dibenu īpaši konstruētu metāla kausu un cēla ārā senlietas. Ar šādu metodi H. Riekstiņš ezeru pētīja piecas dienas, kopā iegūstot vairāk nekā 1800 senlietu.

Trešā ekspedīcija notika 1953. gadā, kad izpētes darbus veica Talsu novadpētniecības muzeja un Ventspils novadpētniecības muzeja ekspedīcija Jāņa Znotiņa un Andreja Šulca vadībā. Šo pētījumu laikā ar rokas vilci no ezera gultnes izgrieza un cēla ārā zemes blokus. Ezeru sadalīja sektoros, kuros ik pa metram veica smēlumu, pētāmās zonas lielums bija 20 x 20 m (200 m²). Šādā veidā ar vilces palīdzību varēja izcelt līdz 70 cm biezu noguluma un zemes slāni, kopā iegūstot vairāk nekā 600 senlietu.

Hidroarheoloģisko pieminekļu apsekošana 1967. gadā notika arheologa Jāņa Apala vadībā. Vilkmuižas ezerā pirmo reizi veicot ugusapbedījumu pētījumus zemūdens apstākļos, J. Apals konstatēja, ka šī vieta tikpat kā iznīcināta iepriekšējo meklējumu un peldvietas celtniecības rezultātā. Galvenajā atradumu koncentrācijas rajonā sistemātiski tika pārbaudīta ezera gultne no krasta līdz 10 m dziļumam. Tika konstatēts, ka senlietas izvietotas grupās ap nelielām bedrītēm vai to dibenā.

Arheoloģes Ingas Doniņas vadībā 2013., 2016. un 2018. gadā izdarīti ģeoarheoloģiskie pētījumi Vilkmuižas ezerā, bet 2016. un 2018. gadā Talsu ezerā, lai noskaidrotu paleoģeogrāfiskos apstākļus, ūdens līmeņa svārstības un cilvēku aktivitāti ezera apkārtnē.

Kuršu ugunskapu senlietas atrastas Vilkmuižas ezera austrumu krastā, Ezera ielā 6 un 8, pretī agrākajai senlietu meklēšanas vietai. 1961. gadā arheologs Māris Atgāzis, apmeklējot šo vietu, norādīja, ka šeit varētu būt bijuši kuršu ugunskapi vai arī mirušo dedzināšanas vieta, kuru mirstīgās atliekas pēc tam nogremdētas ezerā. Šajā vietā iegūti arī nedeguši priekšmeti un kauli, iespējams, no vēlākiem skeletapbedījumiem.

Ezerā novērotas arī atsevišķu pāļu un mietu paliekas, tomēr to nozīme un saistība ar apbedījumiem ir neskaidra. 1936. un 1937. gadā no ezera izceltas divas vienkoča laivas.

Vilkmuižas ezera senkapus var uzskatīt par vienu no interesantākajiem kuršu arheoloģiskajiem pieminekļiem. Šie senkapi tiek uzskatīti par unikālu arheoloģisko pieminekli, jo ir vienīgie šobrīd zināmie senkapi Latvijā, kas atrodas zem ūdens. Līdz šim arheoloģiskajā literatūrā tas tiek saistīts ar īpatnēju vēlā dzelzs laikmeta un viduslaiku apbedīšanas veidu, kad mirstīgās atliekas vispirms tika sadedzinātas, bet pēc tam izkaisītas ezerā.

No ezera izcelts ap 4000 senlietu, daļa no tām bojātas – saliektas vai salauztas, arī degušas un sakusušas, kas datējamas ar 11./12.–14./15. gs. un liecina par senkapu piederību kuršu ugunskapiem. Senlietas no ezera iegūtas ar smelšanu, nevis sistemātiskos izrakumos, tāpēc kapu inventāra komplekti nav nosakāmi. Lielākā daļa no senkapos atrastajiem priekšmetiem ir rotaslietas (bronzas aproces, saktas, gredzeni, kaklariņķi, piekariņi), dzelzs ieroči un darbarīki (zobeni, cirvji, šķēpi, naži, izkaptis, dzirkles, šķiļamdzelži, svariņi), jātnieku tērpu piederumi un zirglietas (pieši, sedlu kāpšļi, laužņi, apkalumi). Vilkmuižas ezerā atrastās zirglietas pārsteidz ar formu dažādību un izpildījuma augsto līmeni, šeit iegūti tausijas tehnikā sudrabotie iemauktu ažūrie siksnu galu apkalumi, kas ir augsta līmeņa mākslas amatniecības paraugs. Latvijā visvairāk sudraboto dzelzs senlietu atrasts Kurzemē, īpaši daudz Talsu Vilkmuižas ezerā. Vilkmuižas ezerā atrasto senlietu izgatavošanas vieta, domājams, bijis Talsu pilskalns, kas bijis ievērojams amatniecības un administratīvais centrs. Arheoloģisko izrakumu laikā Talsu pilskalnā un senpilsētā iegūtas bagātīgas liecības gan par dzelzs, gan krāsainā metāla apstrādi. Domājams, Vilkmuižas ezerā apbedīti Talsu pilskalna un senpilsētas iedzīvotāji.

Vilkmuižas un Talsu ezeri mūsdienās ir savienoti ar pazemes caurteku, bet 20. gs. sākumā abi ezeri bijuši savienoti ar grāvi. Vilkmuižas ezers ir izstieptas formas, tas sasniedz aptuveni 800 m garumu, bet platumā vien 200 m, kopējā platība aptuveni 10 ha. Ezera vidējais dziļums ir 5,6 m, bet maksimālais dziļums sasniedz 14 m. No ezera iztek viena upe – Dzelzupīte.

Pētījumos iegūtās senlietas bija koncentrētas 70–100 m garā joslā paralēli ezeram tā austrumu krastā, aptuveni 10–25 m attālumā no ezera krasta līnijas. Ezera dziļums šajā vietā svārstījās aptuveni 3–5 m. Kuršu ugunskapu senlietas atrastas arī 100 m attālumā no Vilkmuižas ezera tā austrumu krastā, iespējams, šajā vietā ir otri ugunskapi vai mirušo dedzināšanas vieta.

Vilkmuižas ezera senkapiem ir valsts nozīmes kultūras pieminekļa statuss. Vilkmuižas ezera senkapi iekļaujas Talsu arheoloģiskajā kompleksā, kurā ietilpst Talsu pilskalns ar senpilsētu un līdzās esošo Talsu ezeru, kulta vietu – Baznīckalnu, Ordeņa pils vietu (Dzirnavkalns) un sārta vietu vai kapulauku Vilkmuižas ezera austrumu krastā. Vilkmuižas ezera senkapi kopā ar Talsu pilskalnu iekļauti 2017.–2020. gadā izstrādātajā Latvijas un Lietuvas tūrisma maršrutā “Baltu ceļš” un ir nozīmīgs Talsu pilsētas un visas Ziemeļkurzemes apskates objekts.

2012. gadā izvietots stends ar informāciju par Vilkmuižas ezera senkapiem. Kopš 2013. gada labiekārtota Vilkmuižas ezera apkārtne – izbūvēts rotaļu laukums, labiekārtots gājēju ceļš, izveidota skatu platforma ezera krastā.