EL PORTALON DE CUEVA MAYOR es una entrada de cueva situada a unos 1.040 metros de altitud y que no ha llegado a colmatarse por aportes externos. Contiene un yacimiento con sedimentos Holocenos (los últimos 10.000 años) y pudo funcionar también como cavidad habitable durante todo el Pleistoceno Superior. Estudios geofísicos han mostrado una potencia sedimentaría de al menos 9 metros. La secuencia arqueológica documentada hasta el momento en el Portalón de Cueva Mayor se corresponde con fases culturales que van desde el Neolítico hasta la Romanización y documenta una gran variedad de actividades humanas durante todo este período. La Edad del Bronce es una época muy bien documentada en este yacimiento pero de la que no existe un buen registro en la Meseta Norte, lo que hace trascendente la excavación y estudio de este yacimiento.
G. A. Clark, investigador de la Universidad de Arizona, interesado en prospectar los yacimientos del Paleolítico Superior de la Meseta Norte, realizó en 1972, una pequeña excavación en el Portalón de Cueva Mayor y puso de manifiesto una importante secuencia estratigráfica con más de 2 m de profundidad. La interesante secuencia detectada Clark motivó a J. Mª Apellániz, de la Universidad de Deusto, a desarrollar un proyecto de investigación en Cueva Mayor en el que se efectuaron 11 campañas de excavaciones sistemáticas en el Portalón (entre 1972 y 1983) cuyos resultados están estudiándose en la actualidad.
Las nuevas intervenciones iniciadas por el equipo de Investigación de Atapuerca en el año 2000 han puesto de manifiesto una secuencia estratigráfica mucho más amplia que la anteriormente conocida dividida en dos grandes unidades sedimentarias. La inferior es del finales del Pleistoceno y contiene un registro paleontológico significativo y con muy escasos vestigios de actividad humana en forma de pequeñas lascas. La unidad superior pertenece al Holoceno y se caracterizada por un sedimento homogéneo con abundante presencia de restos de cultura material. En ella se han detectado ocupaciones humanas del mundo Medieval y Romano, la Edad del Hierro, las diferentes fases de la Edad del Bronce, el Calcolítico, el Neolítico y el Mesolítico. Esta nueva secuencia del Portalón adquiere relevancia debido a la escasa información existente para el Paleolítico Superior, Mesolítico y Neolítico en el interior de la Península Ibérica, y en particular, en la Meseta Norte (Carretero et al., 2008).
Hace casi 4.000 años BP que las gentes de la Edad del Bronce comenzaron a ocupar el Portalón de entrada a la Cueva Mayor. La gruta se abre hacia el sur en lo alto de la Sierra y desde ella se domina el valle del río Arlanzón. Las gentes de la Edad del Bronce ocuparon El Portalón durante casi ochocientos años y nos han dejado allí un valiosísimo registro de sus actividades. Eran magníficos artesanos y artistas que decoraban ricamente su cerámica utilizando punzones y espátulas fabricadas en hueso o bronce. Su economía se basaba el pastoreo, la agricultura, y en menor grado en la caza. Se han recuperado talladas en hueso, asta o marfil, puntas de flecha, botones, cuentas de collar y diversas herramientas de varios tamaños. Además hay muchos restos de fauna doméstica y salvaje (caballo, ciervo, vaca, cabra, jabalí, castor y algunas aves).