Está situada en el municipio español de Santillana del Mar. Tiene el privilegio de ser el primer lugar en el mundo donde se identificó la existencia de Arte Rupestre del Paleolítico superior.

Descubierta por un cazador en 1868 y estudiada posteriormente por Marcelino Sanz de Sautuola.
Bisontes, caballos, ciervos, manos y misteriosos signos fueron pintados entre hace 35.000 y 13.000 años milenios en los que la cueva de Altamira estuvo habitada.

En 1917 se abrió la cueva al público en general y en 1924 fue declarada Monumento Nacional. Ante el aumento de visitas entre 1960 y 1970 se puso en peligro la conservación de las pinturas. En 1977 se cerró la cueva al público para reabrirse en 1982 y permitir el acceso a un restringido número de visitantes por día, evitando superar los 8500 al año.
Debido al periodo de espera tan largo para poder visitar la cueva, se planteó la necesidad de construir una réplica y así nació la neocueva, la réplica más exacta del original.

En 2002 la cueva se cerró al público a la espera de los estudios de impacto. Se volvieron a abrir al público de forma experimental desde el 26 de febrero de 2014 hasta agosto del mismo año, estando limitada la entrada a sólo cinco visitantes por día y 37 minutos para evaluar el impacto.

Ha recibido calificativos como «Capilla Sixtina» del arte rupestre por el Techo de los Polícromos.

Fue declarada Patrimonio de la Humanidad por la Unesco en 1985.