Ekain a été découverte par deux membres du groupe Antxieta, Andoni Albizuri et Rafael Rezabal dans le cadre de travaux d’exploration spéléologique et archéologique. De fait, au printemps 1969, Andoni, Rafael et d'autres membres du groupe Antxieta se mirent à parcourir le massif karstique d'Izarraitz. Une de ces journées, revenant vers Zestoa par la gorge de Goltzibar, ils furent impressionnés par la ferme de Sastarrain et sa situation privilégiée sur un terrain bien arrosé, situé entre deux ruisseaux, et estimèrent que l'endroit qu'ils découvraient là offrait des conditions éminemment favorables à une occupation préhistorique.
Le 1er juin, les deux amis se rendirent de bon matin à la ferme et demandèrent à la "maîtresse de maison" s'il y avait des grottes sur le flanc des collines d'en face. Cette dame répondit affirmativement et leur indiqua sommairement leur situation. À l'aube du dimanche 8 juin, ils revinrent avec les outils nécessaires pour pratiquer une coupe du sol dans cette petite chambre de 13 m de long sur 2 m de large. Ils décidèrent de pratiquer cette coupe à gauche de l'entrée, et pendant qu'Andoni se mettait au travail, Rafael remarqua à droite de l'entrée une petite anfractuosité d'où sortait un courant d'air froid.
Ils ont trouvé un petit trou bouché avec des rochers, qui enlevaient, jusqu'à ce qu'ils puissent ouvrir assez pour ramper à travers l'espace. Ils y pénétrèrent très difficilement. Après avoir parcouru une vingtaine de mètres, ils purent enfin se redresser. Plus bas dans la grotte, Rafael glissa et se retrouva sous une paroi oblique, face au Grand Panneau des chevaux. Ils sentaient l'excitation qui les a empêchés de continuer à explorer la grotte. Par conséquent, ils ont décidé de sortir.
L'après-midi même, ils informèrent de leur découverte Jose Miguel de Barandiaran, le grand maître des recherches préhistoriques au Pays basque, qui y avait dirigé des fouilles depuis 1916, et Jesus Altuna, directeur du département de préhistoire de la Société des Sciences Aranzadi.
La grotte n'ayant pas de nom, ils lui donnèrent celui de la colline: Ekain. Trois semaines plus tard, ils commençaient les premières recherches, dont les résultats furent publiés à la fin de l'année 1969. La coupe du sol révéla plusieurs couches d'habitat préhistorique, qui furent étudiées en six campagnes, de 1969 à 1975.