В пещере найдены остатки обнесенных камнями очагов и примитивного жилища (сложенный из камней круг), существовавшего примерно 300 тыс. лет назад, тайник неандертальцев с черепами пещерных медведей, по всей видимости служившими предметами культа. В 1968 году были найдены осколки нижней челюсти древнего человека (молодой девушки). Однако её датировка вызывает затруднения из-за уровня работы экспедиции. Дело в том, что по собственному признанию азербайджанских археологов, в её записях и отчётах "«существует некоторая путаница»". В результате этой "«путаницы»", в частности, осталась неясным, в каком именно археологическом слое была найдена ценнейшая находка; из-за этого, в датировках возник разброс от 450 до 250 и даже 100 тысяч лет до н. э. Ныне обыкновенно считается, что обладательница челюсти жила около 250 тысяч лет назад, в эпоху миндель-рисского межледниковья. Также в Азыхской пещере обнаружены кости доисторических животных — пещерных медведей, саблезубых тигров и т. д.