En jägare på Marcelino Sanz de Sautuolas ägor upptäckte grottorna 1868 sedan han räddat sin hund som fallit ned i grottan. 1875 berättade en lantbrukare vid godset om grottorna för de Sautuola, som när han undersökte grottorna påträffade spår av stenåldersmänniskor. Målningarna i Altamira upptäcktes 1879 av hans åttaåriga dotter Maria Faustina Sanz Rivarola, som följt med honom under en av hans undersökningar i grottan och sökt sig längre in i grottdjupet.[1] Det var den första gruppen av bilder med stor dimension som var känd vid den tiden. Denna betydande upptäckt och resultatet av de följande undersökningarna om grottan för att fastställa målningarnas autenticitet gjorde att en polemik blossade upp angående de teorier som fanns om människans förhistoriska tid.

Realismen i scenerna orsakade till en början en diskussion om deras äkthet. Erkännandet som ett konstnärligt verk av människor från paleolitisk tid innebar en lång process där man också kom att tydliggöra studierna av människans förhistoria.

Målningarnas första försvarare var själve Marcelino Sanz de Sautuola. Målningarnas betydelse kom att stödjas av de rikt förekommande fynden av andra föremål av likartad karaktär i många europeiska grottor. Vid slutet av 1800-talet hittade man, främst i Frankrike, grottmålningar som utan tvivel kunde förknippas med statyer, reliefer och ristade ben i paleolitiska nivåer i samma tidslager som försvunna djur (mammut, ren, stäppbison etc.).

I detta erkännande kom Henri Breuil att spela en framträdande och positiv roll. Hans arbete på temat "Väggmålningar", som presenterades vid 1902 års kongress för Franska föreningen för främjande av vetenskap, resulterade i betydande förändringar i den tidens forskarteorier.

Émile Cartailhac var en av de största motståndarna till Altamiramålningarnas äkthet. Upptäckten av ristningar och målningar från och med år 1895 i de franska grottorna vid La Mouthe, Combarelles och Font-de-Gaume, gjorde att han fick ompröva sina teser. Efter att ha besökt grottorna, skrev han i tidskriften L'Antropologie (1902) en artikel med titel "Altamiragrotten, en skeptikers erkännande av fel" ("La grotte d'Altamira. Mea culpa d' un sceptiques"). Den artikeln innebär ett allmänt erkännande av de paleolitiska målningar i Altamira.

När målningarnas äkthet hade fastställts började debatten om själva arbetet. Skillnaden i åsikter mellan olika forskare handlar om precisionen i tidsbestämningen, det mystiska syftet med målningarna och deras konstnärliga och arkeologiska värde. Dessa problem påverkar, inte bara Altamiragrottan, utan alla stenålderskonstverk som har upptäckts.

Med stöd av Kol 14-metoden föreslog forskarna Lamings och Leroi-Gurhan att Altamiramålningar dateras till mellan 15 000 och 12 000 f.Kr. De tillhör således Magdalénienkulturen period III.