La hoy famosa cueva de Altamira fue descubierta en el año 1868, por un cazador, llamado Modesto Cubillas, que al intentar liberar a su perro, que había penetrado por entre las grietas de unas rocas persiguiendo a una pieza, ve la entrada de la cueva desconocida hasta entonces, situada en el término de Juan Mortero. En aquel momento, la noticia del descubrimiento de una cueva no tenía la menor trascendencia entre el vecindario de la zona, ya que en la misma es tan frecuente el fenómeno cárstico que una gruta más entre las miles existentes, no añadía nada novedoso. Don Marcelino Sanz de Sautuola, erudito en paleontología y descubridor de las pinturas, debió de conocer la existencia de la cueva directamente por boca del mismo Modesto, aparcero en su finca, pero no la visitó hasta el año de 1875. Por entonces la recorrió en su totalidad y reconoció algunos signos abstractos, como rayas negras repetidas, a las que no dio ninguna importancia, por no considerarlas obra humana.

Cuatro años después, durante le verano de 1879, volvió don Marcelino por segunda vez a Altamira, en esta ocasión acompañado por su hija María, niña de 9 años, interesado en excavar la entrada de la cueva con el objeto de encontrar algunos restos de hueso y sílex. El hecho del descubrimiento se produce, de forma casual, por obra de la curiosidad de la niña, pues mientras su padre permanecía en la boca de la gruta ella penetró hasta una sala lateral descubriendo los famosos bisontes. María acudió a avisar a su padre. Sautuola quedó sorprendido al contemplar el grandioso conjunto de pinturas de aquellos extraños animales que cubrían la casi totalidad de la bóveda.

Al año siguiente, 1880, don Marcelino publica una breve opúsculo titulado Breves apuntes sobre algunos objetos prehistóricos de la provincia de Santander en el que sostenía el origen prehistórico de las pinturas e incluía una reproducción gráfica hecha por el mismo descubridor. Expuso sus tesis al catedrático de Geología de la Universidad de Madrid, don Juan de Vilanova, que las acogió como propias. Pese a todo la opinión de Sautuola no fue aceptada por los prestigiosos maestros franceses Cartailhac, Mortillet y Harlé, los científicos más expertos en estudios prehistóricos y paleontólogicos en Europa. La novedad del descubrimiento era tan sorprendente que provoca la lógica desconfianza de los estudiosos, incluso se llega a sugerir que el propio don Marcelino debió de pintarlas entre las dos vistas que realizo a la caverna, negando así su origen paleolítico. Ni la ardiente defensa de Vilanova en el Congreso Internacional de Antropología y Arqueología celebrado en Lisboa el año 1880, ni el afán de Sautuola evitaron la descalificación de Altamira, la oposición se hace cada vez más generalizada. En España, el presidente de la Sociedad Española de Historia Natural el 1 de diciembre de 1886 dictaminaba diciendo que "... tales pinturas no tiene caracteres del arte de la Edad de piedra, ni arcaico, ni asirio, ni fenicio, y sólo la expresión que daría un mediano discípulo de la escuela moderna...". Sautuola y sus pocos seguidores lucharon contra esa sentencia. La muerte de don Marcelino (1888) y la de Vilanova (1892) parecían condenar definitivamente las pinturas de Altamira como una fraudulenta realización moderna. La aceptación de las pinturas no se produce hasta 1902.

 En su reconocimiento destacó muy positivamente Abbé Breuil, organizador en 1902 de un Congreso de la Asociación Francesa para el Progreso de las Ciencias, cuyos trabajos en torno al tema "el arte parietal" provocaron cambios substanciales en la mentalidad de los investigadores del momento. Cartailhac, uno de sus más grandes opositores a la autenticidad de Altamira, ante el descubrimiento, a partir de 1895, de grabados y pinturas en las cuevas francesas de La Mouthe, Combarelles y Font-de-Gaume, rectificó su postura y tras visitar las cuevas de Altamira escribió en la revista La Antropología (1902) un artículo titulado La grotte d' Altamira. Mea culpa d'un sceptique. Su artículo supuso el reconocimiento universal del carácter paleolítico de las pinturas de Altamira.