La cova es troba situada al vessant oest del tossal de la Font, tossal que es troba al costat del nucli urbà de la població. Aquesta cavitat forma part d’una extensa xarxa càrstica que ocupa el subsòl del tossal amb un recorregut de 2.282 metres de galeries interiors. El jaciment es troba just a la boca d’accés i forma part d’una colada argilosa força esquerdada de l’edat würmiana.
Les tasques arqueològiques realitzades en aquesta zona van proporcionar unes interesantíssimes restes humanes que pertanyen a l’espècie Homo neanderthalensis, constituïdes per un fragment distal amb diàfisi i epífisi de l’húmer esquerre, un fragment d’os ilíac, porció retrocotilidiana, o coxal dret; ambdues restes sembla que corresponguen a un sol individu jove, possiblement de sexe femení, i un fragment de molar superior permanent esquerre d’un individu infantil d’uns 8 anys d’edat.
Quant a les restes de cultura material, es van recollir 3 resquills de sílex retocats i 1 amb evidents mostres de presentar retocs d’ús. Aquesta indústria pertanyia a un tecnocomplex mosterià típic (paleolític mitjà).
La fauna que ha aparegut es compon principalment de cavalls, cérvols, cabres salvatges, hienes, cànids salvatges i conills. La microfauna consisteix en diverses espècies de rosegadors.
Les anàlisis pol·líniques indiquen la presència als voltants de la cova d’espècies vegetals com pins, oms, alzines, castanyers, verns, plantes gramínies i herbàcies, especialment lotus i espadanya o boga de fulla ampla, aquestes últimes d’indrets humits, això indica que potser la cubeta de Vilafames fóra una zona amb llacunes.
La datació relativa de la microfauna situa el marc cronològic a finals de l’interglaciar Riss-Würm (120.000-90.000/80.000 anys) i els inicis de la glaciació Würm (90.000/80.000-50.000 anys). D’altra banda, les datacions absolutes obtingudes mitjançant el sistema radioactiu de l’U-Th, foren de 188.929±8900 anys (nivell inferior a les troballes) i 61.846±585 anys (nivell superior). Les restes humanes podrien correspondre a un moment més antic, potser al període glaciar del Würm antic (90.000-70.000 anys), ja que els trets anatòmics de l’húmer marquen la pertinença a una varietat arcaïtzant de neandertal.
L’any 1985 es va verificar un sondeig estratigràfic a la zona del vestíbul d’entrada de la cavitat amb la finalitat d’obtenir dades sobre ocupacions postpliocèniques a la cova. Aquesta zona presentava indicis d’haver estat remoguda parcialment per antigues actuacions clandestines. Es van establir dos talls contigus, posteriorment unificats, amb una extensió de 12,50 m2. La potència sedimentària va arribar als 3,20 metres de profunditat. Es va obtenir una seqüència cronocultural que assenyalava una ocupació de gent pastora durant el III mil·lenni (2810±70 anE. i 2190±100 anE), al llarg del període eneolític o calcolític i que, potser, va arribar també al moment inicial del bronze antic, a principis del II mil·lenni. Posteriorment, la cova va ser visitada ocasionalment durant les etapes hispanoromana, medieval i moderna. Les galeries més profundes i recòndites de la caverna es van utilitzar com a llocs d’enterraments, ja que els aixovars i els materials assenyalen la pertinença a l’època eneolítica.