Fue estudiado por el Abad Henri Breuil, atraído por lo que había leído de Juan Vilanova i Piera. Breuil excavó parcialmente la cueva, encontrando una plaqueta grabada, pero no puedo seguir excavando debido al estallido de la Primera Guerra Mundial, en 1914.
Luis Pericot, alentado por lo descrito por el Abad Breuil, lleva a cabo tres campañas de excavación entre 1929, 1930 y 1931, excavando la práctica totalidad de la cueva.
Los resultados de las excavaciones de Preicot explican que la ocupación de la cueva se realizó durante la mayor parte del Paleolítico Superior, con restos que datan entre 29.000 y 11 000 años antes del presente.
Lo más destacado de este yacimiento es poseer el mayor conjunto de arte mueble prehistórico de Europa. Lo componen más de 5400 plaquetas de piedra caliza, pintadas y grabadas con representaciones de animales y signos. También posee un grabado en la pared con la representación de un caballo.
La cueva comienza a ser ocupada hace entre el 23.000 y 21.000 años. Durante esta etapa denominada Gravetiense, la ocupación es escasa, pero aparecen tanto restos de actividades de la vida cotidiana como plaquetas grabadas con animales. Entre hace 21.000 y 17.000–15.000 años, durante el período solutrense, se produce el máximo frío glacial. Es el momento en el que aparecen más restos tanto de plaquetas pintadas y grabadas como de otros materiales ded piedra y hueso. Desde hace 17.000–15.000 y hasta hace 11.000 años, durante el periodo denominado Magdaleniense, se continúa ocupando la cueva con gran producción de materiales líticos y óseos: arpones, puntas de hueso, puntas de flecha de sílex, raspadores, buriles, etc.
Los habitantes de Parpalló vivían de la caza especializada y la recolección de plantas, frutos, vegetales y también en ocasiones de peces y moluscos. Sus presas eran ciervos, cabras, y conejos; en menor medida cazaban caballos y uros. Conejos y aves desempeñaban un papel muy importante como complemento de las grandes presas, de la misma manera que los recursos marinos y fluviales. A lo largo de la secuencia de ocupación de la cueva, observamos cómo van desarrollando y perfeccionando las diferentes técnicas de caza, con la introducción del arco y el propulsor.
Posee también un importante conjunto de objetos ornamentales realizados sobre concha y dientes de animales.
Este yacimiento es Bien de Interés Cultural (BIC) y está incluido en la lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO por su conjunto de arte rupestre.