La cueva de Altamira es uno de los yacimientos arqueológicos más importantes del mundo, con algunas de las pinturas y grabados más sobresalientes de la Prehistoria. Precisamente, por su enorme belleza y su increíble perfección técnica, se la denomina la "Capilla Sixtina del Arte Paleolítico". Está situada en el municipio español de Santillana del Mar, Cantabria, en un prado del que tomó el nombre. Hace aproximadamente 13.000 años, un desprendimiento de rocas selló la entrada, dejando las pinturas aisladas del exterior y asegurando su conservación durante miles de años hasta hace siglo y medio.

La cavidad fue descubierta, en 1875, por M. Sanz de Sautuola, quién practicó excavaciones en la misma. Así mismo, halló los grandes cuadrangulares negros del fondo de la cueva, entre 1875-1879. En 1879, y durante las excavaciones de Sautuola, su hija María descubrió los famosos policromos. En 1880, Sautuola da a conocer los resultados de sus investigaciones, originando desde ese momento una famosa polémica en relación con la autenticidad de las pinturas. El hallazgo de nuevos conjuntos rupestres en Francia, a finales del siglo XIX, provocó que la cueva fuese definitivamente reconocida por la comunidad científica, en 1902. En el vestíbulo se han documentado niveles del Solutrense Superior y del Magdaleniense Inferior, con importantes muestras de arte mobiliar como los bastones de mando decorados y los omóplatos grabados. Altamira es enormemente rica en muestras de arte paleolítico, las cuales se distribuye por casi toda la cueva, siendo el vestíbulo y la denominada cola de caballo (galería final de la cueva), las zonas de mayor concentración. La Sala de los Policromos, sin duda el panel más conocido del Arte Paleolítico mundial y que ha sido denominada la Capilla Sixtina del arte cuaternario, contiene un gran conjunto de bisontes, aproximadamente una veintena, de gran tamaño y generalmente bicromos y grabados. Junto a ellos, y con las mismas técnicas de realización, hay una gran cierva, dos caballos y varios signos, entre ellos grandes claviformes en rojo con protuberancia central. También aparecen en la sala algunas manos en negativo moradas, varios caballos y bisontes en negro y un gran conjunto de grabados con ciervos, signos y varios antropomorfos. En las galerías del interior, y en la sala central, son muy frecuentes las grabados naturalistas, representando sobre todo ciervos y caballos y las pinturas negras de animales y signos. En la conocida como cola de caballo, destacan las conocidas máscaras, realizadas aprovechando las protuberancia de la roca y pintadas en negro. Además, hay un gran grupo de cuadrangulares en negro, ciervas incisas y varios grupos más de grabados y pinturas negras naturalistas. Altamira contiene santuarios de varias épocas. Los motivos más antiguos parecen ser los del interior de la cavidad, que irían del Solutrense Superior al Magdaleniense Arcaico. Los polícromos se sitúan en torno al 14.500 antes del presente (Magdaleniense inferior).

La cueva de Altamira es una cavidad natural en una zona de roca caliza, situada en una posición elevada y cercana al río Saja. Su estructura es sencilla, sin grandes ramificaciones, estrechándose hacia el interior y haciéndose cada vez más inaccesible.

El primer espacio, la antesala, es una entrada muy amplia y habitable con abundante luz natural. A 30 metros de la boca de la cueva se encuentra la Gran Sala o Salón de los Polícromos, que alberga las pinturas más destacadas, particularmente los bisontes, pero también ciervos, caballos y jabalíes que se disponen de distintas formas a lo largo de un techo de 9 m. de ancho y 18 m. de longitud, con entre 1,2 y 2 m. de altura.

En el momento en que se hicieron las pinturas, la altura de la cueva era menor, ya que el suelo ha sido excavado en época reciente para favorecer el acceso y contemplación. Por tanto, el pintor de antaño tuvo más incomodidad a la hora de trabajar y peor perspectiva de su obra, y por tanto, mayor dificultad de lo que ahora suponemos. La falta de luz en esta zona sería muy grande, por lo que necesariamente tuvo que haber dispuesto de luz artificial para poder realizar las pinturas.

En las salas y galerías que le siguen hay también manifestaciones artísticas, pero de menor importancia o trascendencia, que debieron hacerse asimismo con luz artificial dado que son zonas sumidas en la total oscuridad. La Sala de los Muros o de los tectiformes tiene gran cantidad de signos rojos que se relacionan con vallas, cercas o trampas. La galería que le sigue contiene también representaciones de animales de menor calidad, con grabados de ciervos y dibujos de un bisonte y un toro.

En un recoveco en su final aparece la Sala de la Hoya, donde están representados una cierva y varias cabras, con un magnífico bisonte negro. Después la caverna se ensancha y aparecen dibujos sencillos en negro, líneas y signos diversos. La cueva termina en una estrecha galería, la Cola de Caballo, donde hay animales variados en forma de pinturas y grabados, además de extrañas máscaras y signos tectiformes.

En las paredes y techos de Altamira se pueden encontrar plantillas de manos en negativo, máscaras y signos de varios tipos (tectiformes, claviformes, formas geométricas variadas). Pero lo que ha dado fama y valor a la cueva han sido las pinturas del techo de las Sala de los Polícromos. Allí se realizó una de las muestras de pintura parietal o rupestre (sobre muro o pared), más evolucionada que se conoce. Se especula que las haya elaborado un mismo pintor, quien hizo los ciervos, caballos y bisontes (animales hoy casi extinguidos en Europa) sin formar escenas, como figuras independientes y a veces superpuestas. Aparecen muy realistas, con todos los detalles, hocico, ojos, cuernos, pelaje, pezuñas, sexo, rabo, etc., demostrando que eran animales que conocía en profundidad tanto en su anatomía como en su comportamiento, más allá de nuestra comprensión.

El estilo de gran parte de sus obras se enmarca en la denominada "escuela franco-cantábrica", caracterizada por el realismo de las figuras representadas, y por la temática de pinturas que representan animales, figuras antropomorfas, dibujos abstractos y no figurativos. El realismo y perfección de las figuras se ve reforzado por la variación de tonos y colores, los sombreados y sobre todo el efecto de relieve producido por el aprovechamiento de los abultamientos de la roca para dar volumen al animal. El mismo tamaño de los animales favorece su naturalismo, pues alguno de los bisonte tiene los 2,05 metros y la gran cierva alcanza los 2,25 metros.

Históricamente se ha datado a estas pinturas del Paleolitico superior, específicamente del período Magdaleniense, entre los 15.000 y los 12.000 años a,C., y algunas en particular a etapas más antiguas como el Solutrense. Pero un estudio publicado en 2012 ha resquebrajado el paradigma científico tradicional que atribuye la capacidad cognitiva únicamente a los homínidos de nuestra especie, los sapiens. Este estudio, ha datado las pinturas más antiguas de la cueva utilizando el método Uranio-Torio, hacia el período Auriñaciense, es decir, 35.600 antes del presente, justo al comienzo del poblamiento del norte de la península por los humanos modernos. Al igual que en el caso de El Castillo, esto pone en duda el origen sapiens de los dibujos, introduciendo la posibilidad de una autoría neandertal.