Le Samedi 30 Septembre 2000, au cours d'une prospection spéléologique menée sur la commune du Buisson-de-Cadouin, M. Marc Delluc, membre du Spéléo-Club de Périgueux, devait reconnaître l'entrée d'une cavité au développement limité à une dizaine de mètres. Après avoir franchi une première chatière, sa progression fut temporairement arrêtée : un éboulis de blocs et de plaquettes obstruait le conduit. La réduction partielle de l'obstacle autorisa l'accès à une grande galerie qu'il parcourut sur une centaine de mètres, ce qui lui permit d'identifier les premières gravures pariétales. Il devait retourner dans cette cavité le samedi suivant, 7 octobre, en compagnie de Fabrice Massoulier et de Hervé Durif, afin d'en poursuivre l'exploration. Six cents mètres de galerie furent ainsi reconnus au cours de cette exploration, mais, devant la multiplication des indices de présence humaine passée, ils interrompirent leur progression afin de ne point dégrader les sols, en partie argileux. Le lendemain, Dimanche 8 octobre, Norbert Aujoulat (Centre National de Préhistoire) et Christian Archambeau (DRAC) procédaient à une expertise, officialisant ainsi cette découverte. La Direction Régionale des Affaires Culturelles et le Service Régional de l'Archéologie engagèrent alors une procédure de classement de l'entrée de la cavité qui prit effet le 23 novembre 2000 avec l'accord des propriétaires concernés.
Pour d'impérieuses nécessités de sécurité, d'importants travaux de purge de la zone d'entrée, d'évacuation des déblais, de protection et de consolidation furent réalisés entre janvier et mai 2001. A partir de cette date, les travaux d'exploration, de topographie et des visites complémentaires d'experts purent avoir lieu. Depuis 2009, un Projet Collectif de Recherche pluridisciplinaire a été autorisé et financé par le Ministère de la Culture sous la direction de Jacques Jaubert.