Altamira'nın hikâyesi modern arkeolojinin kendisini düzeltmek zorunda kaldığı en ünlü hikâyelerden biridir. 1879'da yerel toprak sahibi Marcelino Sanz de Sautuola, kazılarına eşlik eden sekiz yaşındaki kızı Maria'nın "baba, boğalar!" diye bağırmasıyla mağaranın tavanındaki renkli bizonları fark etti. Sautuola resimlerin Paleolitik olduğunu savundu; dönemin önde gelen arkeologları bunu reddetti, eserlerin sahte olduğu iddia edildi, kendisi kınandı. Ancak 20. yüzyıl başında benzer keşifler arttıkça, Sautuola öldükten yıllar sonra haklı çıkarıldı.

Altamira'nın "Polikrom Salonu" tavanı, 18 metrelik bir alanda 25'e yakın bizonun yanı sıra atlar, geyikler ve el silüetleriyle kaplıdır. Sanatçılar kayanın doğal kabarıklıklarını bizonların gövdesi gibi kullanmış — figürler düz bir yüzeye çizilmemiş, kayanın üç boyutuyla birlikte çizilmiştir. Pigment olarak kırmızı aşı boyası, sarı toprak ve manganez siyahı kullanılmış; kömürle gölgelendirme yapılmış, kazıma ve sürtme teknikleri birleştirilmiştir.

Resimler tek bir döneme ait değil. Yeni uranyum-toryum tarihlemeleri, mağaranın yaklaşık 36.000 yıl önceki ilk işaretlemelerden, en bilinen polikrom bizonların yapıldığı yaklaşık 16.000-14.000 yıl önceki Magdaleniyen dönemine kadar binlerce yıl boyunca aralıklarla kullanıldığını gösteriyor.

Mağara, ziyaretçi nefesinin sebep olduğu hızlı bozulma yüzünden 1977'de kapatıldı; bugün yakındaki ziyaret merkezindeki birebir replika "Neocueva" deneyimi sunuyor. UNESCO Altamira'yı 1985'te, on ekstra Kuzey İspanya mağarasıyla genişleterek 2008'de Dünya Mirası Listesi'ne aldı.