La cueva tiene unos 270 metros de larga, variando en muchos tramos su anchura. Topográficamente se puede dividir en tres partes: 1º la gran sala de los bisontes (B), cerca de la entrada (A), a la izquierda; 2º la parte media de la cueva, constituida por una gran galería que serpentea, 3º la parte profunda, estrecho corredor de unos cincuenta metros, con bastantes obras. Por sus características es un santuario de profundidad mediana y de fácil acceso, salvo para el techo pintado que es de fácil acceso y próximo a la entrada.

El techo pintado con el panel de bisontes es la obra de arte más célebre del paleolítico. El conjunto pintado mide unos dieciocho metros de largo por nueve de ancho. Su organización topográfica es muy interesante. La parte central está ocupada por unos dieciséis bisontes en posturas variadas. La figura más importante por sus dimensiones es un macho colocado en la parte baja de los bisontes y hacia el centro. Sus pies tocan un gran signo claviforme rodeado de dos signos arpados. El resto de la composición, hacia abajo, está ocupada con signos claviformes. La unión de los signos, afirmada por la presencia de signos claviformes y arpados, está asegurada para los animales con la presencia de dos caballos (señalados con flechas rojas, a la izquierda un caballo, y a la derecha, la cabeza de un caballo) en la parte superior.
El tema general bisonte-caballo está completado con un cierto número de temas complementarios. Una gran cierva (flecha negra) se encuentra al fondo, acompañada de un pequeño bisonte (bajo su hocico)  que le sirve de complemento. Una segunda cierva está metida en el tronco de un caballo (arriba, a la izquierda), y otra cierva está colocada delante de la cabeza grande de caballo del centro. Rodeando esta monumental composición aparecen ciertas figuras marginales, que normalmente en pinturas de un corredor, irían en el fondo: la gran cierva, los signos masculinos, los dos jabalíes (el de la izquierda bastante hipotético; señalados con flechas negras) y un bisonte sin cabeza al final derecho de la serie de los animales normales.

Vista general del techo (arriba), iluminado por una fuente de luz que simula la que debería de entrar desde la primitiva boca de la cueva. Pero la luz de la entrada sólo por reflexión podría incidir sobre el último tercio de la sala, donde se encuentran las figuras, por lo que el artista hubo de ayudarse con luz artificial.

Cuando el artista paleolítico realizó su obra, el suelo y el techo estaban separados por una distancia de escasamente dos metros en el centro de la sala y 1.10 al final. El artista tendría a su alcance la superficie donde iba a idear las figuras, pero había de encontrar necesariamente gran dificultad para, dado el tamaño de los animales pintados (entre 1,50 y 2 m.) poder juzgar la perspectiva de las obras realizadas con la distancia suficiente. Hoy se ha rebajado el piso para que los visitantes pueden acceder a las pinturas. Se ha dejado como testigo una parte sin rebajar. Desde esa parte, tumbado, se puede dar uno idea de la dificultad añadida que tuvo el pintor de este techo. Nunca pudo contemplar el conjunto tan bien como lo hacemos nosotros hoy.

La pintura se realiza son una superficie porosa de color ocre dorado intenso, con grietas y acusadas protuberancias. El ocre del techo desempeña un papel decisivo en el color final de las figuras por ser el fondo de ellas. Es una piedra caliza, húmeda, que actúa de forma similar a la preparación para pintura al fresco. Absorbe los pigmentos ocres, óxidos de hierro o carbón que sobre ella se apliquen.
En los policromos, el grabado forma parte de un proceso complejo en el que grabado, dibujo y pintura se combinan en cada figuras. La mayoría de los grandes bisontes tienen un extenso trabajo de grabado. El grabado asegura la presencia de la figura en el tiempo. El contorno de las figuras está limitado por grabados finos y paralelos que conforman una línea ancha. En el interior de las figuras, en algunas ocasiones, introduce un intenso esgrafiado.
En la imagen (arriba) restos de ocres, carbón, paletas y vértebras del yacimiento de Altamira, utilizadas probablemente para pintar las figuras del techo.