El descubrimiento de algunos de los yacimientos más conocidos en la actualidad, como los de las cuevas de la Gran Dolina, la Galería y la Sima del Elefante, fue posible gracias a la excavación a finales del siglo XIX de una trinchera en la ladera oeste de la sierra de Atapuerca para el paso de un ferrocarril minero
El profundo tajo realizado en la sierra dejó al descubierto diferentes cavidades del karst, algunas totalmente colmatadas por sedimentos. Una parte de los yacimientos desapareció con esta monumental obra de ingeniería, pero gracias a ella conocemos hoy día unos yacimientos excepcionales que hubieran pasados inadvertidos para la ciencia.
Los yacimientos estuvieron expuestos durante muchos años, y algunos científicos, como Francisco Jordá, catedrático de la Universidad de Salamanca, Miguel Crusafont, director del Instituto Paleontológico de Sabadell, Lawrence Straus y Geoffrey Clark, profesores de la Universidad de Alburquerque en Nuevo México, llevaron a cabo trabajos esporádicos de excavación en los años 50 y 60.
Estos últimos y José María Apellániz, profesor de la Universidad de Deusto, también realizaron excavaciones en el portalón de entrada a la Cueva Mayor, donde se ha localizado una ocupación muy importante de la Edad del Bronce.
En 1976, el investigador Trinidad de Torres y su equipo realizaron un importante descubrimiento en el yacimiento de la Sima de los Huesos. Este sitio se encuentra a menos de un kilómetro de la trinchera del ferrocarril, en el interior del complejo de Cueva Mayor-cueva del Silo, la cavidad más importante de la sierra de Atapuerca. El hallazgo de casi una veintena de restos fósiles humanos en la Sima de los Huesos resultó decisivo para las investigaciones en la sierra de Atapuerca. En 1978, el paleontólogo Emiliano Aguirre comenzó un proyecto de excavaciones e investigaciones sistemáticas en diferentes yacimientos de la trinchera del ferrocarril y de la Cueva Mayor que continúa en la actualidad.
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