Ekain fue descubierta por dos miembros del grupo Antxieta taldea, Andoni Albizuri y Rafael Rezábal, en el ámbito de trabajos de exploración espeleológica y arqueológica. El día 1 de junio de 1969 ambos se acercaron al vestíbulo de la cueva, que tomó a partir de ese día el nombre de la colina en la que se encontraba. Pero no fue hasta el domingo 8 cuando Rezábal se percató que tras la zona de entrada había un agujero parcialmente taponado de piedras que conducía reptando unos pocos metros hacia el interior. Penetraron con mucha dificultad, y tras haber recorrido unos 20 metros pudieron ponerse en pie.

Explorada la primera parte de la cueva y habiendo visto colorante en las paredes, Rezábal descubrió el panel de los caballos (Zaldei). Tras comentarlo con el resto de miembros del grupo, aquella misma tarde notificaron el hallazgo a José Miguel de Barandiarán. Pocos días después José Miguel de Barandiarán y Jesús Altuna iniciaron los estudios arqueológicos, llevando a cabo una pequeña excavación. Ese mismo año publicaron un primer trabajo centrado en el arte rupestre.

La historia de la investigación arqueológica de Ekain llega hasta la actualidad. Entre 1969 y 1975 se excavó el yacimiento arqueológico del vestíbulo de la cueva en seis campañas arqueológicas; los resultados se publicaron preliminarmente en 1977, y monográficamente en 1984 por Jesús Altuna y José María Merino. En 1974, Ignacio Barandiarán publica un estudio de las particularidades artísticas de los caballos. Y en 1978, Jesús Altuna y Juan María Apellániz publican una amplia monografía del arte rupestre paleolítico, ampliando el número de figuras con nuevos descubrimientos; este trabajo es ampliado por Jesús Altuna en 1997. En 1999 se publicó una nueva figura de bisonte en el panel de los caballos. Entre en 2008 y 2011 Jesús Altuna excava nuevamente el yacimiento arqueológico del vestíbulo, y en 2008 se publican nuevas representaciones en rojo.

En torno a Ekain y a fin de promover el uso social de la cueva se inauguró Ekainberri en 2008, una réplica de la cueva asociada a una exposición, permitiendo de este modo divulgar la arqueología de la cueva y el arte paleolítico del País Vasco. Un hito significativo y de proyección social, fue la inclusión de Ekain en la Lista de Patrimonio Mundial de la UNESCO en 2008.