Entre las colinas del Santander de 1878, María y su padre Marcelino descubren algo que cambiará la historia de la humanidad: unas pinturas prehistóricas en las que se ven unos bisontes trazados al detalle. Los dibujos de las cuevas de Altamira causarán la ira de la Iglesia, que considera las afirmaciones sobre las pinturas como un ataque a la Biblia. A su vez, la comunidad científica les acusará de fraude. El amor familiar ayudará a María y Marcelino a lograr el reconocimiento que se merecen.

El descubrimiento de las pinturas rupestres de las cuevas de Altamira sirve como punto de partida para que el veterano director inglés Hugh Hudson, nominado al Oscar por Carros de fuego, vuelva a dirigir un film 15 años después de Soñé con África. Altamira nos cuenta el hallazgo que cambió el concepto que en el siglo XIX se tenía sobre el ser humano, el que hizo Marcelino Sanz de Sautuola y su hija María cuando se toparon con aquellos dibujos prehistóricos en el corazón de las colinas de Santander. También relata la dura batalla por el reconocimiento que este arqueólogo aficionado libró contra la comunidad científica y la Iglesia, que llegó a provocar un cisma en su propio matrimonio.

En este drama basado en hechos reales sobre el amor, el conocimiento y el aprendizaje, Hudson carga el peso de la cinta sobre Antonio Banderas ( Los 33), que como Marcelino deberá luchar contra los dogmas y la hipocresía. Le acompañan la debutante Allegra Allen como su hija y Golshifteh Farahani ( Exodus: Dioses y reyes) como su esposa de inquebrantable fe cristiana. Cierran el reparto principal Rupert Everett (Stardust) e Irene Escolar ( La corona partida). Los paisajes naturales de Santander, como metáfora y catalizador del drama humano, se convierten también en personajes dentro del inspirador relato de Altamira.