Obszar dzisiejszej wsi Bartodzieje był zamieszkały już w okresie prahistorycznym. Świadczą o tym wyniki poszukiwań archeologicznych, z których pierwsze miało miejsce w czasach dość odległych, bo już w początkach ubiegłego wieku. Krakowski historyk Marian Wawrzeniecki i redaktor „Gazety Radomskiej” Szczęsny Jastrzębowski w latach 1902 i 1904 prowadzili prace badawcze w poszukiwaniu śladów kolonizacji w dolinie Radomki. Na przestrzeni 66 km jej biegu opisali 37 miejscowości, w których zlokalizowali 45 stanowisk z pozostałościami pradawnego osadnictwa. Do Bartodziej ekspedycja dotarła w sierpniu 1902 r. gdzie obiektem penetracji stało się piaszczyste wzniesienie, określane przez mieszkańców wsi jako „kole Cubatki” lub „kole Ługu”. Była to wydma leżąca ponad strugą, płynącą w kierunku rzeki.
Według relacji miejscowego rolnika, kilka lat wcześniej, w miejscu oddalonym kilkanaście metrów na północny zachód, na lewo od drogi wiodącej do Bródka, wyorane zostały dwa szkielety ludzkie, zwrócone stopami do siebie. Obok kości odnaleziono wówczas również kilka glinianych naczyń. Badania archeologiczne wskazanego miejsca potwierdziły istnienie prehistorycznych pozostałości. Znalezisko w postaci niewielkiej ilość odłamków ceramiki, wskazuje na miejsce pojedynczego pochówku lub fragment większej nekropoli.
Fot.1. Brzeg naczynia toczonego na kole, wypalanego na kolor jasno ceglasty z domieszką piasku (przełom barwy szarej), średnica naczynia około 15 cm. brzegu wylewu. (XI – XII w.) Z prawej – fragment brzegu naczynia obtoczonego, wypalanego na kolor szary z domieszką piasku i drobnoziarnistego tłucznia (przełom barwy szarej). (XI – XII w.)
Fot.2. Fragmenty naczyń m.in. ceramiki polewanej, zielonej i brunatnej. (XVII-XIX w.)
Fot. 3. Fragmenty brzuśców i krawędzi naczyń toczonych na kole, ceramika biała z domieszką piasku. (XIII – XIV w.)
Fot. 4. Fragmenty ceramiki siwej. (XIV – XVI w.)
Geografia fizyczna i szata roślinna terenów położonych wzdłuż środkowego biegu Radomki uległa od tego czasu istotnym zmianom. Wokół rzeki występowały duże, częściowo odsłonięte, częściowo zalesione wydmy, leżące ponad torfiastymi, podmokłymi łąkami, schodzącymi w kierunku rzeki. Dolina Radomki, której szerokość wynosi około 1 km, była już wówczas w znacznym stopniu pozbawiona lasu, bądź też ponownie zalesiona. Zjawisko następującej po sobie trzebieży obszarów leśnych w celu zwiększenia areału uprawnego oraz ponownego ich zalesiania, ze względu na szybką degradację lekkich gleb, obserwowane jest do chwili obecnej. Prawdopodobnie proces ten występował także w okresie prahistorycznym i miał decydujące znaczenie dla przemian osadniczych, zwłaszcza w epoce brązu i epoce żelaza.
Bardziej rozległy charakter miały poszukiwania, przeprowadzone w kwietniu 1968 r. przez zespół Działu Archeologicznego Muzeum Regionalnego w Radomiu, pod kierownictwem Wojciecha Twardowskiego. Badania o charakterze powierzchniowym, wykonano w pobliżu stacji kolejowej oraz w centralnej części Bartodziej, na północny-wschód od szkoły. W pierwszym przypadku archeolodzy skupili się na niewielkim wzniesieniu, znajdującym się około 50 m. na wschód od linii kolejowej i na północ od drogi prowadzącej do przejazdu kolejowego. Na polach uprawnych, opadających łagodnie w kierunku doliny Radomki, odnaleziono kilkanaście fragmentów ceramiki naczyniowej. ślady archeologiczne tego stanowiska wskazują na pozostałości osady sięgającej wczesnego średniowiecza. Drugi penetrowany przez badaczy obszar znajduje się naprzeciw lasu zwanego „Smolarnią”, po lewej stronie polnej drogi, prowadzącej od wsi w kierunku pól określanych jako „Margorsta”. Według relacji ówczesnego kierownika szkoły Władysława Popisa, miejscowy rolnik, w trakcie prac polowych, natrafił w tym miejscu na „garnek”. Tego odkrycia nie udało się potwierdzić. Efektem poszukiwań były natomiast liczne, pochodzące z różnych okresów, silnie zwietrzałe elementy ceramiki. Najstarsze z odnalezionych fragmentów naczyń pochodzą z końca epoki brązu i początków epoki żelaza. Ciągłość miejscowego osadnictwa potwierdzają liczniejsze młodsze odłamki, datowane na różne okresy epoki średniowiecza oraz czasy nowożytne (XVI – XIX w.), m.in. fragment kafla z ozdobnym ornamentem.
Badania powierzchniowe objęły również sąsiednie wsie, m.in. Ossowie, Bródek i Borki Lisowskie. Znalezione przedmioty to przede wszystkim pochodzące z różnych epok elementy ceramiki oraz słabo zachowane, szczątkowe fragmenty narzędzi. Na granicy Woli Bierwieckiej i Lisowa, wsi graniczących z Bartodziejami od zachodu, w okresie przedwojennym odkryto wczesnośredniowieczną nekropolię. Cmentarzysko kryło m.in. ozdoby z brązu i srebra oraz gliniane naczynia. W połowie lat osiemdziesiątych szersze prace badawcze prowadzono kilka kilometrów na północny-wschód od Bartodziej, pomiędzy rejonem wsi Goryń i Stawki. Odnalezione zabytki, głównie fragmenty ceramiki, wskazywały na liczne stanowiska średniowieczne i prehistoryczne, m.in. kultury grobów kloszowych, kultury łużyckiej i kultury przeworskiej. Wyniki badań archeologicznych prowadzonych w Bartodziejach oraz w okolicznych miejscowościach stwierdzają znaczne zaludnienie tych terenów już w dobie prahistorycznej. Zmniejszenie ilości niezagospodarowanych pustek, w rejonach występowania bardziej urodzajnych gleb, powodowało stopniowy napływ ludności nad środkową Radomkę, a więc strony dysponujące mniej korzystnymi warunkami dla rozwoju rolnictwa.
Powstanie w tym miejscu pierwszych osad związane było głównie z wykorzystaniem naturalnych walorów doliny Radomki, a w przypadku Bartodziej, kilku jej odnóg. Dzięki gęstej sieci strumieni wieś była uprzywilejowana w stosunku do sąsiednich okolic, pod względem ilości gleb nadających się pod uprawę. Do dziś na pobliskich łąkach pozostały ślady kilku dawnych koryt rzeki. Stosunkowo urodzajne okazały się również gleby, o które Bartodzieje poszerzały się w kierunku północnym. Pierwotnie nadrzeczna wieś, powiększona o niewielki obszar wytrzebionego lasu, była jedną z najstarszych osad tej części Puszczy Radomskiej. Mniej więcej w tym samym okresie, po przeciwnej stronie Radomki, na skutek podobnych procesów kolonizacyjnych pojawiły się wieś Jastrzębia i Mąkosy.
