Ахштырская пещера открыта для науки 28 (15) сентября 1903 года французским ученым Эдуардом Альфредом Мартелем и его проводником Гавриилом Ревинко, жителем Казачьего Брода.
В 1936 году археолог Сергей Николаевич Замятниным открыл здесь стоянку первобытного человека. В 1961—1965 годах раскопки продолжили ленинградские археологи М. З. Паничкина и Е. А. Векилова.
Толщина культурного слоя достигает 5 метров, от эпохи среднего палеолита (300 тыс. лет назад) до времени раннего Средневековья (500 лет до н. э.). Последние исследования проводились в пещере в 1999—2008 году.
В 1978 году пещера получила статус «уникальный памятник первобытной архитектуры», после чего вход в нее был закрыт, а коридор перегорожен железной решеткой. В 1999 году пещера была оборудована искусственным освещением, лестницами и ступенями и по ней стали проводиться экскурсии.
Ахштырская пещера имеет восточную экспозицию, простирается вглубь скалы на 160 метров, образуя вначале 20-ти метровый коридор, а затем переходя в два зала. Высота в залах достигает 10 метров, ширина 8 метров. Далее идет резкий глинистый подъем и два узких хода, заканчивающихся тупиками. Перед входом в пещеру находятся две площадки, соединенные 12-ти метровым коридором.
