Το καταστόλιστο με σταλαγμίτες και σταλακτίτες Σπήλαιο Πετραλώνων, σχηματίστηκε σε υψόμετρο περίπου 300 μέτρα από το επίπεδο της θάλασσας. Εντοπίστηκε το 1959 από τον κάτοικο Πετραλώνων Φίλιππο Χατζαρίδη, από μια ωοειδή σχισμή διάκλασης (μήκους ~0,7 μ) στο ασβεστολιθικό βουνό Κάλαυρος (ύψους 700 μ.), που δημιουργήθηκε την Ιουρασική εποχή (~150 εκ. έτη) σε υποθαλάσσια ιζήματα, τα οποία αναδύθηκαν σε διάφορες φάσεις στις επόμενες περιόδους.
Πιθανότατα κατά το Μειο-Πλειόκαινο, πριν από περίπου 5 εκ. χρόνια, σχηματίστηκαν οι βασικότερες στοές του Σπηλαίου. Αυτό, γίνεται παγκόσμια γνωστό το 1960 όταν, από έναν συγχωριανό του Χατζαρίδη, τον Χρήστο Σαρρηγιαννίδη και άλλα πέντε άτομα (εκ των οποίων τρεις επιστήμονες), βρέθηκε το περίφημο απολιθωμένο κρανίο του ανθρώπου των Πετραλώνων.
Οι συστηματικές ανασκαφές του Σπηλαίου ξεκίνησαν το 1965 από τον ιδρυτή της Ανθρωπολογικής Εταιρείας Ελλάδος, καθηγητή ανθρωπολόγο Δρα Άρη Ν. Πουλιανό. Οι έρευνές του απέδειξαν ότι οι Πετραλώνειοι Αρχάνθρωποι (δηλ. αρχαϊκοί Homo sapiens) είναι 700.000 περίπου ετών, γεγονός που τους καθιστά τους αρχαιότερους ευρωπαιοειδείς. Η ηλικία αυτή στηρίχθηκε στη λεπτομερή ανάλυση της στρωματογραφίας (μέχρι σήμερα έχουν αποκαλυφθεί 34 γεωλογικά στρώματα), καθώς και τη μελέτη τόσο των αρχέγονων παλαιολιθικών εργαλείων, όσο και των ειδών της παλαιοπανίδας που ανακαλύφθηκαν σε όλα σχεδόν τα στρώματα. Ανάμεσα στα απολιθώματα των εξαφανισμένων ζώων συγκαταλέγονται λιοντάρια, ύαινες, αρκούδες, πάνθηρες, ελέφαντες, ρινόκεροι, μεγάκεροι, βίσωνες και διάφορα είδη ελαφιών και ιπποειδών, όπως επίσης 25 είδη πουλιών, 16 είδη τρωκτικών και 17 είδη νυκτερίδων.
Σημαντική για την επαλήθευση της ηλικίας της χρονολόγησης των ευρημάτων είναι η συμβολή της Αρχαιομετρίας (σύμφωνα με μεθόδους που αναπτύχθηκαν από την Πυρηνική Φυσική). Τα υλικά που χρονολογήθηκαν είναι οστά, άργιλος, σταλαγμίτες και ίχνη φωτιάς (στάχτες, καμένα οστά) - τα αρχαιότερα που άναψε ποτέ ανθρώπινο χέρι πάνω στη Γη (~ 800.000 ετών).
Χιλιάδες απολιθώματα και άλλα ευρήματα βρίσκονται στο Ανθρωπολογικό Μουσείο, που χτίστηκε δίπλα στο Σπήλαιο, πολλά από τα οποία μπορείτε να επισκεφτείτε εδώ σε ξεχωριστή εικονική περιήγηση.
