Los dibujos, que se remontan a unos 14.000 años, se pueden ver sobre todo en los techos de las cuevas, y representan bisontes, ciervos, jabalíes, caballos... Están realizadas con pinturas ocres naturales de rojo color sangre y contorneadas en negro. La longitud total de la cueva que es de unos 270 metros y de trazado irregular, consta de un vestíbulo y una galería, pero la sala lateral que contiene las mejores pinturas está a solo 30 metros de la entrada y sus dimensiones son 18 m. de largo, 9 de ancho y de 1,1 a 2,65 m. de altura. En ella se ofrecen en paredes y techo representaciones de caballos y bisontes, una cierva, un jabalí, en rojo, en ocre y en negro. Las pinturas pertenecen a los períodos Solutrenese y Magdaleniense antiguo y son representaciones de un vigor y movimiento de sorprendente calidad. El conjunto de 70 grabados incisos sobre roca y casi 100 figuras pintadas impresiona por el vivo realismo de bisontes, ciervos, jabalíes y caballos allí representados, pero lo que da más valor al arte rupestre de la cueva de Altamira es el carácter excepcional de su policromía. Las pinturas de Altamira se pueden considerar como el logro más avanzado, culturalmente hablando, que se tiene de la época paleolítica. En el resto de galerías existen otros grabados y pinturas aunque en menor proporción. Consisten principalmente en figuras de animales, pintadas en negro o grabadas, y líneas y signos diversos (tectiformes). El pintor se sirvió de las partes más salientes del recinto para hacer una especie de modelado en las figuras y darles relieve y bulto. Los útiles de piedra, hueso o asta encontrados en el vestíbulo, que fue empleado como lugar de habitación proceden sobre todo de las capas correspondientes al solutrense superior y al magadaleniense inferior. En el magadaleniense medio se derrumbó parte de la bóveda, y en esta etapa la cueva sería abandonada.