Vārtājas pilskalnu pirmo reizi zinātniskā literatūrā 1892. gadā izdotajā monogrāfijā par sentautu Latvijas teritorijā un latviešu valodas robežām toreiz un 13. gs. pieminējis ievērojamākais 19. gs. Latvijas pilskalnu apzinātājs Augusts Bīlenšteins (August Bielenstein), kurš pats to gan nav apsekojis. A. Bīlenšteins to saista ar 1253. gadā kuršu zemju dalīšanas dokumentos minēto Warta vai Warthayen un 1259. gadā Atskaņu hronikā minēto Warchdach vai Warrach pils vietu. 1922. gada 18. jūlijā pilskalnu apmeklēja un uzmēroja, bet 1923. gadā izdevumā “Latvijas pilskalni. I. Kuršu zeme” tā uzmērījumu un aprakstu ar nosaukumu ““Elkas” pie Vārtājas muižas” publicēja pazīstamākais Latvijas Republikas laika pilskalnu apzinātājs Ernests Brastiņš, kurš minējis, ka pilskalna austrumu terasi postījuši Pirmā pasaules kara vācu ierakumi. Arī E. Brastiņš to nešaubīgi saista ar Atskaņu hronikā minēto Warchdach pili, bet uzskatīja, ka tieši šeit varētu būt atradusies arī Hamburgas un Brēmenes arhibīskapa Rimberta (Rimbertus) hronikā “Svētā Anskara dzīve” (Vita sancti Anscarii) 853. gadā minētā kuršu Seeburg pils, kā argumentu minot pilskalna plakuma ievērojamo izmēru un Vārtājas vārda etimoloģiju, kas, viņaprāt, varētu būt saistīta ar ūdeni.

1947. gadā pilskalnu apsekoja toreizējā Latvijas PSR Centrālā Valsts Vēsturiskā muzeja (tagad Latvijas Nacionālais vēstures muzejs) līdzstrādnieks Arvīds Gusārs, kurš norāda uz Otrā pasaules kara postījumiem pilskalna austrumu un dienvidu malās. Arī vēlāk pilskalnu apsekojuši gan Latvijas PSR Zinātņu akadēmijas Vēstures institūta (tagad Latvijas Universitātes Latvijas vēstures institūts), gan pieminekļu aizsardzības iestāžu darbinieki. 1963. gadā arheologa Pētera Stepiņa vadībā veikti arheoloģiskie izrakumi senpilsētā, bet 2012. gadā pilskalnā zondāžas veica arheologi Ingrīda Virse un Ritvars Ritums.

Pirmās teikas par pilskalnu minējis jau E. Brastiņš, kuram stāstīts, ka kalnā bijis caurums, kurā, ja iesvieduši kokus, pa nakti tie atkal izsviesti atpakaļ. Fiksētas arī vismaz divas tradicionālās teikas par pilskalnā nogrimušo pili, kā arī teika par to, ka pilskalns radies ļoti senos laikos, kad apkārtnē dzīvojuši milži. Reiz, kad kāds milzis vilcis smilšu maisu, tas saplīsis un visvairāk smilšu izbiris tieši Vārtājas pilskalna vietā.

Vārtājas pilskalns ierīkots uz zemesraga, kas radies starp Vārtājas upi un mitru gravu. Pilskalnam ovāls, iedobts, ziemeļu–dienvidu virzienā orientēts ap 70 x 80 m liels plakums, kas ziemeļu daļā nocietināts ar vismaz 8 m augstu valni un grāvi. Aiz tā atradies vēl viens valnis un grāvis, kas dabā vairs tik izteiksmīgi neizdalās, jo šajā vietā ilgstoši arts. Pilskalna rietumu nogāzēs vērojami vismaz divi zemes nobrukumi, bet plakuma dienvidu daļā saglabājusies avota, iespējamās kādreizējās pils akas, vieta. Kopš 1987. gada notikušas pilskalna sakopšanas talkas, ko sākotnēji organizēja biedrība “Liepājas Optimistu pulks”, – tad arī tur novietota kokgriezuma zīme ar uzrakstu “Vārtājas pilskalns”. Talka pilskalna austrumu nogāzes attīrīšanai no krūmiem un smalkajiem kokiem notika arī 2019. gada aprīlī. Plakumā ieauguši atsevišķi lapu koki, bet tā rietumu pusi vizuāli izceļ vairāki vareni ozoli.

Senpilsēta, kas atradusies gan uz austrumiem, gan, domājams, arī uz ziemeļiem no pilskalna, daļēji joprojām tiek lauksaimnieciski apstrādāta.

Vārtājas pilskalnā līdz šim arheoloģiskie izrakumi nav veikti, bet tam ir liela nozīme Kurzemes 13. gs. un arī senāku vēstures posmu pētniecībā. Līdzīgi kā jau A. Bīlenšteins, arheologi Andris Caune un Ieva Ose pilskalnu identificē ar vienu no 1253. gada kuršu zemju dalīšanas dokumentos minēto senās kuršu Piemares (Bihaveland) zemes pilsnovadiem, kā zemes ieguva Vācu ordenis Livonijā un šeit apmetās ordeņbrāļu garnizons. Pēc 1260. gada Durbes kaujas un kuršu sacelšanās, ordeņbrāļi pili pameta, bet pēc pils kuršu vadoņa Utiļa (Utilis) aicinājuma astoņi atgriezās pilī, kur, izņemot vienu, tika nogalināti. Par pils turpmāko likteni rakstītu ziņu nav, bet, visticamāk, ka tā tika iznīcināta vienlaicīgi ar citām Dienvidkurzemē bijušām kuršu pilīm 13. gs. 60. gados. 2012. gadā Ingrīdas Līgas Virses un Ritvara Rituma vadībā pilskalnā ar ģeoloģisko zondi veikti vairāki urbumi. Iegūtie grunts paraugi liecina, ka ziemeļu vaļņa pakājē zem velēnas ir ap 0,4 m biezs kultūrslānis, bet plakuma vidū intensīvs kultūrslānis, kas satur ogles un degušu mālu, sasniedz 1,7 m, bet rietumu malā pat 2 m biezumu. Austrumu pakājes terases galos konstatēts 0,95–1,8 m biezs kultūrslānis.

Senpilsētas teritorijā uz austrumiem no pilskalna, Vārtājas upes palienē kultūrslāņa biezums vietām sasniedz 0,9 m un tā izplatība aizņem vismaz 200 x 300 m. P. Stepiņa 1963. gadā vadītajos izrakumos šeit trijos izrakumu laukumos kopumā izpētīta 327 m² platība. Nozīmīgākie atradumi koncentrējās pirmajā 106 m² lielajā laukumu. Šeit tika atsegtas vienas degušas 4,95 m garas guļkoku celtnes paliekas un vairākas apaļas krāsnis, kas veidotas no māla uz akmens pamatiem. Ēkas sienas bijušas apmestas ar mālu; tās dziļākajā slānī atrasts trūdējušu plakanu un apaļu koku klāsts – pinums, ko izrakumu vadītājs uzskatīja par griestu paliekām. Spriežot pēc tuvumā atrastā ovālā šķiļamakmens P. Stepiņš to datēja ar 5. gs., lai gan vairums atradumu – bronzas krustadata, bronzas stienīša gals, liels skaits tīkla gremdu un galodu attiecināmi uz 11.–13. gs. Netālu no konstatētās celtnes vietas, novadgrāvjus rokot, vairāk nekā 1 m dziļumā lielā daudzumā atrasti labi saglabājušies trūdējuši koki, starp kuriem daudz mietu. Pārējos divos izrakumu laukumos drošas apbūves paliekas netika konstatētas.

Pagaidām nav nosakāms, kur guldīti Vārtājas pilskalna iemītnieki, jo to tuvākajā apkārtnē droši ar dzelzs laikmetu datējami senkapi nav konstatēti, bet Vārtājas pilskalnam un tā apkārtnei bijusi nozīmīga loma Kursas senvēsturē.

Vārtājas pilskalnam kā tūrisma objektam ir pietiekami būtisks potenciāls, ņemot vērā tā salīdzinoši nelielo attālumu no autoceļa un vēsturisko kontekstu. Līdz šim tas gan vairāk bijis tikai Liepājas apkārtnes vēsturē ieinteresētu iedzīvotāju apmeklējumu objekts, kas nav piesaistījis lielāku Latvijas vai netālu esošo kaimiņu – lietuviešu – interesi.