El museo, construido por Juan Navarro Baldeweg, es una réplica en forma de museo de la cueva de Altamira y de sus pinturas rupestres descubiertas en 1879. Además, ofrece al público una colección de 427 piezas del Paleolítico Superir y una biblioteca, cuyos fondos se consideran de los más completos en información prehistórica.

La reconstrucción del yacimiento ha costado 4.203 millones de pesetas, cofinanciados por el Gobierno de Cantabria, el Ministerio de Cultura, la Fundación Emilio Botín y el Ayuntamiento de Santillana.