山顶洞人是1933年发掘北京人洞穴时意外发现的，因为位于龙骨山上部山顶一个洞穴，故名山顶洞，洞中出土的人类化石便叫做山顶洞人。1933年和1934年进行了发掘，已挖完。山顶洞文化的底层直接堆积在“北京人”遗址的第1层上。山顶洞洞口向北，发掘时被拆除，所见向北的口是人工开凿的。
    山顶洞遗址由四部分组成：洞口、人室、下室和下窨，前三部分都发现有人类化石和文化遗物，下窨只发现了完整的动物化石。山顶洞人掌握了钻孔磨光技术，学会用骨针缝制衣服，懂得爱美，生产活动有采集、渔猎，人死后还懂得埋葬，山顶洞人的群居生活是由血缘关系结合起来的氏族关系。
    山顶洞的洞口高4米，下宽约5米；上室东西长12米，南北宽8米，上室西部有一陡坎，向西倾斜，表面有厚层的石钟乳，下室在此斜坡的底部。下窨在下室深处。
    在山顶洞发现了三具完整的人头骨化石以及其他解剖部位的化石多件，总计有10个个体或稍多，是旧石器时代晚期遗址发现人类化石最多的。
    在下室，发现一老年男性、中年女性和青年女性头骨，在老年头骨的左侧发现穿孔的介壳，穿孔的狐狸犬齿，在骨盆和股骨周围找到赤铁矿粉和赤铁矿石，这表明，下室是一处公共墓地，也是至今所知国内这个时代唯一的墓葬遗存。从山顶洞出土的石器，人工痕迹清楚的有25件。石器的原料主要是石英，还有燧石和砂岩。打石片的方法有两种，砸击法和锤击法，这表明山顶洞人主要是应用磨光技术和钻孔技术，制造出造型精美的骨器、角制品和大量的艺术品。
    除了一些打击骨器外，还有一些穿孔骨器，最有代表性的是一枚骨针。这件标本保存尚好，针眼上缘残缺，下缘至针尖保存完好，长82毫米，针身浑圆，针尖如芒，针眼由残存部分看，是挖刮而成的，而不是钻出来的。由此可知，山顶洞人已懂得缝衣御寒。
    在山顶洞人遗址内还发现了装饰品141件。穿孔的小砾石一件，各类穿孔的兽牙125件，包括狐狸的上下犬齿29枚，鹿的上下犬齿和门齿29枚，野狸上、下犬齿17枚，鼬的犬齿2枚，虎的门齿1枚，还有2枚残牙可能是狐狸或鼬的；穿孔的海蚶壳3个，钻孔的青鱼眶上骨l件以及有刻道的骨管4件和石珠7件。
    山顶洞文化属于旧石器时代晚期的文化，由于赤铁矿石和海蚶壳的发现，可知其活动范围的扩大，北至宣化，南达海边。