La cueva de Altamira, descubierta por Marcelino Sanz de Sautuola en 1879, está ubicada en una colina próxima a la villa de Santillana del Mar, a tan solo dos kilómetros de distancia. Su descubrimiento suscitó una fuerte polémica entre los arqueólogos por la autenticidad de las mismas, ya que no creían capaces a los hombres prehistóricos de realizar unas pinturas tan perfectas.

Actualmente, son las cuevas más importantes y famosas del Paleolítico a nivel mundial. La cueva de Altamira ha sido declarada Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO (1985) y es una de las joyas más importantes de Cantabria y, probablemente de España, dado su reconocimiento universal. La entrada había permanecido clausurada hasta su descubrimiento por un derrumbe natural producido hace 13.000 años. Una vez dentro destaca por encima de todo, la sala de policromos.
Se trata de la estancia principal, que siempre sorprende a todo el que la visita por su espectacularidad. Tal es así, que muchas veces se hace mención a esta sala denominándola la "capilla sixtina" del arte cuaternario.

En su techo se representan casi un centenar de animales y signos, destacando los 21 bisontes en distintas actitudes, acompañados de caballos, jabalíes, y toros, efectuados con técnicas diversas (grabado, silueteado, pintado, raspado y efectos de sombreado) que dan como resultado una composición de gran movimiento y belleza, única en el arte paleolítico. Su realización data de hace 14.000 años. La pintura está hecha con ocre natural de color sangriento y el contorno de las figuras con líneas negras de carbón vegetal. Son admirables las posturas de los bisontes, encogidos, saltando o en pie, pruebas latentes del magistral expresionismo paleolítico. Destaca también la "Gran Cierva", la mayor figura pintada en la cueva, con 2,25 metros de longitud. La utilización del relieve del techo para expresar mayor realismo es una característica del pintor de Altamira. La cueva tiene un desarrollo longitudinal de 270 metros y numerosos grabados a lo largo de su recorrido.
Algunos de ellos, son incluso más antiguos, dado que las pinturas rojas pueden adscribirse al periodo solutrense, hace unos 20.000 años. También encontramos un importante yacimiento arqueológico en el vestíbulo. Por último, la zona más estrecha y baja de la cueva, a modo de corredor, se denomina "la cola". Es aquí donde se concentran una serie de signos negros, que se asemejan a techos de madera o a trampas de caza.