Cantabria, 1879. Entre las verdes colinas y los altos picos rocosos de la costa de Santander, María Sautuola (Allegra Allen), una niña de 9 años, y su padre, Marcelino (Antonio Banderas), un hombre aficionado a la arqueología, descubren algo extraordinario que cambiará la historia de la humanidad: las primeras pinturas prehistóricas encontradas hasta la fecha, unos impresionantes bisontes a galope trazados con gran detalle. Sin embargo, Conchita (Golshifteh Farahani), la madre de María, al igual que los representantes de la Iglesia Católica, quedan perturbados por el descubrimiento. Consideran que estas pinturas hechas por prehistóricos “salvajes” son un ataque a la verdad de la Biblia. Sorprendentemente, la comunidad científica representada por el prehistoriador Émile Cartailhac (Clément Sibony) también acusa de fraude a Marcelino y su descubrimiento. Es entonces cuando la familia entra en una fuerte crisis, que además empeora cuando cierran la cueva. El mundo idílico de la joven María se derrumba y sus intentos por ayudar, solo empeoran las cosas.