1870年，西班牙学者绍托拉在洞址发掘旧石器文化层时，随他来玩的5岁女孩玛丽亚偶然看到洞窟壁画。绍托拉考定为旧石器时代的绘画，但受到当时学术界的否定，20年后，才得以承认。阿尔塔米拉洞是最早发现旧石器时代壁画的地点，也是这种壁画艺术的典型代表。洞中主要画的是欧洲野牛、鹿类等动物形象，还有人物形象和几何图形。绘画风格可分为相互关联的5个发展时期。最早的是手指并排画在潮湿壁面上的痕迹，最晚的是洞内一段称作“画厅”的洞顶上，数种颜料绘制的一片动物形象，每个形象长约2米，有跳跃的牡鹿，有垂死挣扎的野牛，形态生动，富有生机，充满活力。技巧写实，透视准确，结构精到，风格质朴、粗犷，是旧石器艺术的最高成就。洞中还发现过作画时照明用的石灯。阿尔塔米拉洞从旧石器时代晚期的奥瑞纳文化期开始就有人居住，疏吕特文化后期由于洞口逐渐崩塌，人们不再居住而专门辟为举行宗教或巫术仪式的场所。因此，洞口的居住区堆积层只到梭鲁特文化为止，而洞里的壁画却有马格德林文化的遗迹。
从西班牙坎塔布里亚自治区首府桑坦德出发，驱车不到半小时就可以到达阿尔塔米拉。阿尔塔米拉岩洞位于距坎塔布连海岸十几公里的一个山间高地上。那天细雨蒙蒙，开阔的高地满眼翠绿。这里冬无严寒，夏无酷暑，雨水丰沛。温和的气候、丰富的降水养育了这满山绿色。