В 1936 году археологом Сергеем Николаевичем Замятниным была открыта стоянка первобытного человека,
Им же в 1937—1938 годах было произведено исследование и раскопки стоянок. В 1961—1965 годах раскопки продолжили ленинградские археологи М. З. Паничкина и Е. А. Векилова.
Толщина культурного слоя достигала 5 метров, от эпохи среднего палеолита, до времени раннего средневековья.
Для сочинских пещер это самые мощные отложения. Последние исследования проводились в пещере в 1999—2008 годах. За все годы раскопок учтено больше 6000 костей, 92 % которых принадлежали пещерному медведю. Известны остатки оленей, зубра, козла, волка, лисицы и других животных.
Около входа в пещеру сохранилось несколько наскальных рисунков козла, кабана и утки.
Установлено, что первые люди поселились в Ахштырской пещере около 70 тысяч лет назад. Это были неандертальцы. Потом был перерыв в 20 тысяч лет.
Около 30—35 тысячелетий назад пещеру облюбовали кроманьонцы, о чём свидетельствуют находки в верхних мустьерских слоях нескольких разрозненных человеческих костей, которые, по определению А. А. Зубова, принадлежали не неандертальцу, а ископаемому человеку современного физического типа
Обнаружен могильник с погребением ребёнка культуры накольчатой жемчужной керамики.
Пещера выходит на Ахштырское ущелье.