Descoberta el 1869, fou estudiada per primera vegada per Marcelino de Sautuola el 1879; provocà una gran discussió sobre l’autenticitat de les pintures, aleshores una novetat, i no fou unànimement acceptada fins vint anys després, arran de descobertes similars a França. Els primers estudis de ressonància internacional foren fets aleshores per Émile Cartailhac i Henri Breuil. El conjunt de pintures més destacat es troba al sostre de la galeria situada a uns 30 m a l’esquerra de l’entrada; hi ha representacions d’animals quaternaris, bisons, cavalls, cérvols, senglars, etc., descrits de manera realista però sense formar escenes. Dominen els colors vermell, negre, violaci, groc i ocre i, sovint, les pintures s’emmotllen a protuberàncies de la roca a la recerca d’una tercera dimensió (aquest és el cas del famós bisó encongit, una de les figures més reeixides). Una altra figura interessant és la del porc senglar representat amb vuit potes, que suggereix el moviment. El conjunt pertany al període magdalenià. En aquest i en altres indrets de la cova hi ha també incisions parietals probablement anteriors (Solutrià final o Magdalenià primerenc) entre les quals sobresurten els dansaires vestits amb pells d’animals que hom ha identificat amb màgics o bruixots.
Reproducció de la cova d’Altamira
Océanos y dados (CC BY-SA 2.0)
Per evitar la progressiva degradació de les pintures, que experimentaven alteracions a causa del diòxid de carboni desprès per l’afluència de gran nombre de visitants, la visita a la cova és limitada a poques persones al dia. Hi ha una reproducció exacta del sostre i de les pintures al Museo Arqueológico Nacional (Madrid) i una reproducció fotogràfica al costat mateix de la cova. L’any 2001 s’inaugurà a Santillana del Mar una rèplica de la cova d’Altamira que permet contemplar reproduccions de les pintures i evitar així que l’afluència de visitants malmeti les pintures originals. L’anomenat Complejo Altamira també disposa d’un museu de prehistòria i d’un centre d’investigació. El 1985 foren declarades Patrimoni de la Humanitat per la UNESCO.