[7]​ En cuanto a su techo de los polícromos ha recibido calificativos como «Capilla Sixtina» del arte rupestre;[7]​[8]​[9]​ «...la manifestación más extraordinaria de este arte paleolítico...»,[10]​ «... la primera cueva decorada que se descubrió y que continúa siendo la más espléndida»[11]​ y «...si la pintura rupestre [paleolítica] es el ejemplo de una gran capacidad artística, la cueva de Altamira representa su obra más sobresaliente»[12]​ nos indican la gran calidad y belleza del trabajo del hombre magdaleniense en este recinto.

[17]​ Cubillas se lo comunicó a Marcelino Sanz de Sautuola, rico propietario local y «mero aficionado» a la paleontología,[nb 1]​ de cuya finca era aparcero; no obstante, este no la visitó hasta al menos 1875, y muy probablemente en 1876.

Mientras su padre permanecía en la boca de la gruta, ella se adentró hasta llegar a una sala lateral.

[nb 4]​ La novedad del descubrimiento era tan sorprendente que provocó la lógica desconfianza de los estudiosos.

[27]​ El realismo de sus escenas provocó, al principio, un debate en torno a su autenticidad.

El evolucionismo, aplicado a la cultura humana, conducía a deducir que tribus antiguas y salvajes no debían disponer de arte y que desde entonces hasta la actualidad habría habido un continuo de progreso.

Su reconocimiento como una obra artística realizada por hombres del Paleolítico supuso un largo proceso en el que, también, se fueron definiendo los estudios sobre la prehistoria.

[52]​ O, en otras ocasiones, por medio de una numeración basada en plano, especialmente al que hicieron Obermaier y Breuil.

Las excavaciones arqueológicas principales realizadas a lo largo de la historia han sido en esta sala, como se indica más adelante.

[5]​ La datación de piezas arqueológicas encontradas en la cueva de Altamira sitúan, al menos, al hombre magdaleniense a partir del 14 530 y hasta el 11 180 a. C. y al solutrense alrededor del 16 590 a. C.[65]​ Pero las dataciones absolutas por radiocarbono lo único que ofrecen son fechas, una posición en el tiempo, por lo que cuando estamos hablando de industria lítica, pinturas, etc., nos referimos a culturas, de ahí la discrepancia entre autores cuando se hace referencia a términos como Solutrense o Magdaleniense.

De los estudios se desprende que el paisaje era abierto, realmente parecido al actual, con pinos, abedules, avellanos, robles, fresnos y herbáceas.

[87]​ Así por ejemplo, el ciervo y la cabra montés son las especies cinegéticas por excelencia en la región cantábrica, pero como pueden vivir desde climas cálidos de costa hasta climas fríos de montaña, son por ellos unos muy malos indicadores.

[88]​ Tanto los animales representados, como los encontrados en los yacimientos arqueológicos, con ocupación humana, no son un indicativo de la abundancia, ya que podrían deberse a una preferencia de tipo alimenticio, cinegético o religioso, aunque en el caso de los restos óseos deben relacionarse con una cierta abundancia para que hayan sido elegidos como presa, especialmente aquellas que se han detectado como habituales.

[81]​ Las excavaciones han hecho pensar a los arqueólogos que durante el Paleolítico Superior los fuegos eran limpiados y renovados periódicamente, a diferencia del Paleolítico Medio donde los fuegos eran mantenidos de forma constante.

No se ha podido asegurar si era asada o cocida, ya que, aunque hay huesos quemados, podrían haber sido arrojados al fuego después de su ingesta.

[4]​ La cueva ha tenido varios periodos de excavación arqueológica, después de las primeras realizadas por el propio Sautuola, dirigidas por importantes científicos en sus respectivas épocas, tales como: Joaquín González Echegaray, Hugo Obermaier, Hermilio Alcalde del Río.

Ciertos estudios, con un alto grado de subjetividad dado la tipología, han indicado que del arte parietal paleolítico solamente una parte en torno al 15 % de las figuras representadas tienen un gran calidad, mientras que el resto serían meros dibujos y pinturas sin calidad «artística».

[136]​ Parece existir el acuerdo que los «maestros» que hicieron los grandes trabajos de cuevas, como es el conjunto de Altamira, existieron y descollaron, y además confirieron su personalidad a sus dibujos.

[145]​[146]​ Para poder realizar los trabajos de la Gran sala, y por supuesto los del interior, la luz natural era insuficiente por lo que el autor o autores tuvieron que utilizar luz artificial y más concretamente fuego.

En pruebas modernas se ha comprobado que esta médula con una mecha de fibras vegetales produce una iluminación grande, cálida y además sin humo ni olores.

[58]​[135]​[147]​ La pintura está hecha con pigmentos minerales de óxido de hierro rojos, ocres del amarillo al rojo,[148]​[149]​ y carbón vegetal,[150]​[149]​[nb 18]​ mezclados con agua o en seco, si bien algunos autores pensaron que pudo haberse utilizado la grasa animal como aglutinante.

Para posicionar las obras se sigue literalmente la nomenclatura que utilizaron Breuil y Obermaier en su obra La Cueva de Altamira en Santillana del Mar (1935),[161]​ si bien se han incluido algunas que no fueron vistas hasta tiempo después.

No se hace una descripción detallada de todos los elementos encontrados, que sumarían cientos, sino de aquellos más visibles o significativos por su época, calidad técnica, originalidad, etc. Hay que tener en cuenta que debido a la naturaleza del medio y al tipo de obras que se realizaban (grabados, pinturas sobre grabados, pinturas superpuestas, etc.) todavía en la primera década del siglo XXI se seguían descubriendo nuevos trabajos.

No obstante, acusa una cierta deformación en su factura algo pesada, seguramente originada por el cercano punto de vista del autor.

[183]​ Realizando un recorrido lineal, nos encontramos con la galería II y sala II del plano donde hay trabajos sobre el barro del techo conocidos como macarroni y también un posible toro o uro.

[161]​[184]​ A la izquierda se localiza un recoveco identificado como sala VI con un importante bisonte negro.

En la izquierda, antes de entrar en el corredor final, conocida como zona E, se encuentran cuatro representaciones animales, de izquierda a derecha: un cáprido (posiblemente íbice),[nb 24]​ una cierva y dos íbices más, ejecutadas en negro y que se han asignado al Magdaleniense inferior.

[191]​ Desde su descubrimiento y su posterior reconocimiento la cueva ha tenido distintos niveles de protección nacionales e internacionales, que han llegado a ser extremos, prohibiendo la visita, debido a la amplia difusión social, que la convirtieron en un destino turístico masivo.

En la primera década del siglo XXI se produjo un amplio debate sobre la idoneidad de reabrir o no la cueva al público.

[203]​[204]​[205]​ Finalmente no fue abierta en esa fecha y en agosto de 2012 se anunció que se realizaría un estudio sobre el impacto de las visitas, mientras quedaban limitadas al propio estudio y permisos especiales.