La zone archéologique est située sur une crête marbre-calcaire qui domine le cours de la rivière Mannu, à l'est de Marmilla, dans la partie centre-sud de l'île.
Le nuraghe, qui a rendu un autel nuragique extraordinaire, est construit avec des blocs de marne. Le plan complet n'est pas encore connu, mais trois phases de construction ont été identifiées.
La première phase, peut-être du Bronze moyen I (16e-15e siècles avant notre ère), a vu l'installation d'un bastion et d'une antémurale avec des couloirs et des cellules avec une ouverture pointue à gradins.
Dans la deuxième phase, du Bronze moyen II (XIVe siècle avant notre ère), un bastion sinusoïdal trilobé a été superposé au bâtiment, qui abritait de nombreuses cellules et de courts andites à l'étage inférieur. Parmi les pièces de l'étage supérieur, le « compartiment Bs » subtriangulaire (3,60 m x 3,20 m) remonte au bronze moyen (XVe-XIVe siècles avant notre ère). Une nouvelle antimurale de quatre tours a également été construite, reliées par des rideaux irrégulièrement droits.
Dans la troisième phase, l'antemurale a été équipée d'une autre tour (F) et de rideaux. La tour F (diamètre est 9,30 m ; diamètre intérieur 5,60 m) possède 11 persiennes, 2 fenêtres rectangulaires surélevées et des entrées menant au compartiment inférieur F1 et au couloir Ci5. À droite du couloir d'accès, sous-trapézoïdal (m 1,80 x m 4,50 h), il y a un escalier qui mène à la pièce F2, au-dessus de la pièce F1 ; sur la gauche, il y a une entrée à la pièce F3. La tour a été réutilisée à des fins civiles et funéraires à la fin de l'époque punique, romaine et au début du Moyen Âge.
Le compartiment F1, irrégulièrement pentagonal, avec une voûte en « tholos » abaissée, repose partiellement sur le couloir Ci5 sous-jacent du premier mur extérieur. Les couches supérieures contiennent des trouvailles de la fin de la période punique et de la période romaine-républicaine ainsi que quelques fragments de la fin de l'âge du bronze et du début de l'âge du fer. Les récentes découvertes de bronze proviennent de la couche inférieure de cendre et de charbon de bois, qui reposait sur le trottoir de la pièce.
La salle F2, dont le plan est similaire à celui de la salle F1, a restitué des matériaux du début du Moyen Âge.
La pièce F3, subrectangulaire (m 6 x 2,35-1,10), possède une niche dans l'angle N et, du côté O, l'entrée de la cage d'escalier qui mène à la pièce F4 ci-dessus. En dessous des niveaux du début du Moyen Âge, de la période romaine, de la fin de la période punique et de la République romano-républicaine, une couche a été trouvée sur un sol en dalles à ossature d'argile qui comporte, dans le coin N, un foyer contenant de la cendre, du charbon de bois et des objets datant de la fin de l'âge du bronze et du début de l'âge du fer ; peut-être que des substances parfumées y ont été brûlées. Un deuxième étage est contemporain de la construction de la salle, qui a eu lieu à la fin du bronze moyen et au début du bronze récent.
La salle E, située au niveau inférieur du bastion de la deuxième phase, a été utilisée comme lieu de culte à partir du XIVe siècle avant notre ère, comme en témoignent deux foyers rituels. Les rites, peut-être suspendus entre le XIIIe et le XIe siècle avant notre ère, ont repris entre la fin du IXe et le IXe siècle avant notre ère. À cette époque, un comptoir de sièges et un extraordinaire autel monumental en grès en forme de nuraghe, situés dans l'angle NE, datent de cette époque.
L'autel comporte un bassin sur le dessus destiné à recueillir les liquides qui, par un canal, s'écoulaient dans un réservoir. Il était décoré de quatre autres (trois restes) d'épées sculptées supportant des lames de bronze. D'autres objets en bronze, peut-être de longues tiges ornées de figurines anthropomorphes et animalières, décoraient l'autel au-dessus, représentant probablement le mythe sous-jacent au culte. Sous le couronnement des étagères de terrasse, un croissant de lune est sculpté.
Interrompue entre la fin du VIe siècle avant notre ère et le IVe siècle avant notre ère, le culte a repris à l'époque romaine, avec une intensité maximale entre environ 50 avant JC et 150 après JC. La partie supérieure de l'autel a ensuite été remplacée par un mur de pierre et de mortier.
Du bronze moyen à l'ancienne orientalisation, un vaste village s'est développé autour du nuraghe. Occasionnellement fréquenté (VII-VI siècle avant JC), abandonné (V-IV siècle avant JC) et réoccupé (fin IV-III siècle avant JC), il a perduré jusqu'au début du Moyen Âge, comme en témoignent les vestiges de bâtiments complexes et de nombreuses découvertes.

Historique des fouilles
Le complexe a été fouillé à plusieurs reprises, à partir de 1983, par Giovanni Ugas.

Bibliographie
G. Ugas, "Un nuovo contributo per lo studio della tholos in Sardegna. La fortezza di Su Mulinu-Villanovafranca", in Nuragic Sardinia and the mycenean world, 3, a cura di M. S. Balmuth, Oxford, BAR, 1987, pp. 77-128;
G. Ugas, "Il sacello del vano E nella fortezza nuragica di Su Mulinu-Villanovafranca (CA)", in Scienze dell'Antichità. Storia, Archeologia, Antropologia, 3-4, 1989-90, pp. 351-373;
G. Ugas-M.C. Paderi, "Persistenze rituali e cultuali di età punica e romana nel sacello nuragico del vano e della fortezza di Su Mulinu- Villanovafranca (CA)", in L'Africa romana. Atti del III convegno di studio (Sassari, 15-17 dicembre 1989), Sassari, 1990, pp. 475-479.