La Cueva de la Pileta conserva vestigios gráficos de lo que fue el Paleolítico superior en esta zona de la Península. En la gruta predominan las representaciones de caballos, cérvidos, búfalos y cabras, dominando las coloraciones negras y rojas. La profusión de símbolos y representaciones –han sido catalogadas más de tres mil- la convierten en la cueva con pinturas rupestres más relevante del Sur de la Península. Entre las pinturas halladas sobresalen, entre otras, las conocidas como «La yegua preñada» o «El Gran Pez», de metro y medio de largo y situado en una de las zonas más profundas de la gruta.

Las investigaciones llevadas a cabo en esta caverna han revelado que además de ser refugio del hombre prehistórico también fue lugar de enterramiento y, por tanto, de ritos funerarios. La Cueva de la Pileta está constituida por una serie de galerías de distintos niveles y que en algunos puntos pueden alcanzar los 15 metros de altura. Estos pasillos naturales alcanzan una longitud de dos kilómetros. En reconocimiento de su valor, en 1924 la Cueva de la Pileta fue declarada Monumento Nacional de Arte Rupestre.

En 1935 se localizó en la sala conocida como la Galería de los Murciélagos la denominada Venus de Benoaján, que se puede contemplar en el Museo . Se trata de una pieza de barro cocido, de unos 6 centímetros de altura por 0,55 centímetros de grosor, que se considera representación de un ídolo o tal vez de una Diosa Madre o Diosa de la Fertilidad. Un símbolo en forma de colgante que parece confirmar el sentido mágico y religioso que tenía para el hombre prehistórico la fecundidad humana.

Además de las pinturas rupestres que se fechan en el Paleolítico Superior, en esta caverna se han encontrado esqueletos humanos y numerosos restos de cerámica de etapas posteriores.