这座1919年由比利时人肯特发现的遗址，迄今已有5万多年的历史。在这里发现了野驴、犀牛、鬣狗、羚羊、转角羊、牛、猪等动物化石和各种石器1.1万多件。一个用鸵鸟蛋皮穿孔制作的装饰品和一具原始牛头化石再次证明，这里的准确时代应该是旧石器时代晚期的早期。
1920年就有人在水洞沟东面不远的地方发现过一具犀牛头骨化石和一件经过人工打制的石英岩石片。1923年法国古生物学家德日进等在这一带进行地质调查时，发现了水洞沟北部崖壁上显露出来的灰烬、化石和石器，并在此进行了第一次发掘，其中仅石器一项，重量便达300公斤。1960年中苏古生物工作者又进行了一次发掘，得石器2000件。
1963年在中国著名的古人类学家和考古学家指导下又进行了一次全面发掘。这次发掘首次以明确的地层包含物证明，水洞沟遗址不是单一时代的文化遗址。下层有旧石器时代的文化遗物，上层有新石器时代的遗物，这证明了水洞沟地区从3万年以前人类就在此繁衍，并且持续了漫长的时间。