En el SO de la población de Albinyana, a unos 90 metros por encima de la vertiente derecha del torrente de Vallmajor, cerca de la fuente de Vallmajor.

La cueva tiene un pórtico de entrada de unos 3 metros de alto por unos 5 de ancho, que da inicio a las galerías de la cavidad que se adentran en la montaña con una fuerte inclinación. En las primeras galerías salen distintas desviaciones que llevan a dos recintos sin continuación; por la galería que podemos considerar general, se sigue bajando hasta que la bóveda pierde altura y se llega a un divertículo con una poza. En este punto comienza un pozo de paredes subverticales y un desnivel de unos 15 metros, que pone en comunicación con la sala de mayores dimensiones de la cavidad, multipartida por diferentes barreras estalagmíticas. La parte final de esta cámara es más reducida y mediante una serie de resaltes se alcanza la cota de máxima profundidad. Poco antes de este tramo final y en el extremo S de la sala, existe otra comunicación con otro cuarto casi paralelo al anterior y en un sentido ascendente durante unos 30 metros, quedando rebosante por los sedimentos. Parece tratarse de un antiguo engullidor del torrente pretérito, que las aguas excavaron sobre una red de diáclasis establecidas sobre unos planos de estratificación con un buceo general de unos 45°. Es aquí donde se encuentra un conjunto de pinturas que ocupa la pared oeste, delimitadas por un fleco estalactítico que las protege de la humedad.

Las representaciones, con estilo muy esquemático, figuran animales y signos. Se individualizan 17 figuras correspondientes a cuadrúpedos (ciervos y posibles caballos), arcos, una cruz inscrita en un círculo, trazos y restos de pigmento. Todas son actualmente visibles, aunque su estado de conservación no es muy bueno. Las pinturas están cubiertas en parte por depósitos de la edad del Bronce.

La cueva de Vallmajor fue estudiada en 1959 desde un punto de vista geoespeleológico. Sin embargo las pinturas fueron descubiertas en 1961. En un estudio arqueológico se hallaron restos de cerámica, sílex, hueso y metales atribuidos al Bronce Medio y Final, exceptuando algunos fragmentos de campaniana A y cerámica en torno a una ocupación posterior ibérica.