Πιθανόν πρώτα να κατοικήθηκε από τον άνθρωπο του Νεάντερταλ, κατά την περίοδο 40.000 χρόνια π.Χ., αλλά σίγουρα από τον Homo sapiens την περίοδο μετά από το 30.000 π.Χ. Μέχρι σήμερα έχουν διερευνηθεί μέσω των ανασκαφών, 25.000 χρόνια και υπάρχουν ενδείξεις ότι το σπήλαιο κατοικούνταν συνεχώς από το 20.000 μέχρι το 3.000 π.Χ. οπόταν και γκρεμίστηκε. Το σπήλαιο είναι από τις ελάχιστες θέσεις στο ελλαδικό χώρο, όπου έχουν βρεθεί ευρήματα που να δικαιολογούν τη συνεχή παρουσία ζωής επί 250 αιώνες!
Η επίσκεψη ξεκινάει από λιμανάκι της Κοιλάδας, με μια βάρκα που μετά από δέκα λεπτά διαδρομή αποβιβάζει τους επισκέπτες στην απέναντι ακτή. Το μήκος του σπηλαίου είναι περίπου 150 μ. και το μέγιστο πλάτος του περίπου 45 μ. Η γκρεμισμένη στο βάθος οροφή επιτρέπει την είσοδο άπλετου φωτός που αποκαλύπτει τους τεράστιους ογκόλιθους από το πεσμένο τμήμα της οροφής.
Η αρχαιολογική περιπέτεια ξεκίνησε το 1967, όταν ο νεαρός μαθητής τότε Άδωνις Κύρου (και κατόπιν εκδότης της εφημερίδας Εστία) στο πλαίσιο μιας σχολικής εκδρομής σκάβοντας τυχαία βρήκε προϊστορικά όστρακα. Λίγο αργότερα, μία διεθνής ομάδα αρχαιολόγων μαζί με γεωλόγους, βοτανολόγους και ζωολόγους με επικεφαλής τον Jacobsen αρχίζουν τις ανασκαφές οι οποίες διήρκεσαν μέχρι το 1976, καταρχήν μόνο μέσα στο σπήλαιο. Η ανασκαφή στο σπήλαιο Φράγχθι αποκάλυψε μία μοναδική για τα ελληνικά δεδομένα ακολουθία ιχθυολογικού υλικού που καλύπτει πάνω από 20.000 χρόνια. Εξάλλου η ανασκαφή αυτή είναι μία από τις πρώτες στην ανατολική Μεσόγειο που έδωσαν σημασία στα ιχθυολογικά κατάλοιπα.
Στην Παλαιολιθική και Μεσολιθική περίοδο το Φράγχθι υπήρξε καταφύγιο μετακινούμενων κυνηγών, τροφοσυλλεκτών και ψαράδων, οι οποίοι χρησιμοποιούσαν για τις καθημερινές τους ανάγκες εργαλεία φτιαγμένα από σκληρές και αιχμηρές πέτρες, όπως ο πυριτόλιθος και ο οψιανός.
Η Μεσολιθική περίοδος είναι ιδιαίτερα σημαντική για την ιστορία του σπηλαίου, καθώς συνδέεται με κοινωνικές και οικονομικές μεταβολές, όπως τα ταξίδια ανοιχτής θαλάσσης, και εμφανίζονται τα πρώτα δείγματα συστηματικής αλιείας.
Στη Νεολιθική εποχή το Σπήλαιο και ο υπαίθριος χώρος αποτέλεσαν τον χώρο δραστηριοτήτων μιας κοινότητας γεωργών και κτηνοτρόφων, η οποία διατηρούσε επαφές με πολλές περιοχές του νοτίου Αιγαίου
