La cueva fue descubierta el 12 de septiembre de 1940 por cuatro adolescentes, Jacques Marsal, Georges Agnel, Simon Coencas y Marcel Ravidat, que se encontraban buscando al perro de este último, de nombre Robot. En ese momento Ravidat encuentra un hueco causado por la caída de un árbol. Una vez pasado un tiempo los cuatro adolescentes vuelven, agrandan el hueco y acceden al interior. Ravidat es el primero en entrar, se desliza por unos escombros y se encuentra en una gran cavidad. Posteriormente se desplazan por el interior y llegan a la primera sala, donde los jóvenes encuentran pinturas en las paredes.

El acceso a la cueva para el público se facilitó tras la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, hacia 1955, el dióxido de carbono producido por los 1200 visitantes que la cueva recibía al día dañó la misma visiblemente. Por este motivo la cueva fue cerrada al público en 1963 y así preservar el arte rupestre de sus paredes. Después del cierre, las pinturas fueron restauradas.