jobbra|bélyegkép|220px|Bölényábrázolás reprodukciója az Altamira-barlangból (Spanyolország)
A barlangrajz vagy barlangfestmény az őskori művészetnek a termékenységistennők szobrai mellett leghíresebb, legismertebb emléke. A késő jégkor utolsó szakaszában, a körülbelül éve kezdődő időszaktól keletkezett barlangfestmények, karcolt rajzok egészen az i. e. 10. évezredig jellemzőek voltak. A barlangfestmények Andalúziától egészen a Bajkál-tóig terjednek, legsűrűbben Franciaország és Spanyolország barlangjaiban fordulnak elő, hiszen a földrajzi adottságok itt kedveztek legjobban a nagy népességsűrűségnek. Az első barlangrajzokat a híres Altamira-barlangban fedezték fel 1879-ben. A vésett vagy festett ábrázolások hitelességét a 20. század elejéig kétségbe vonták, mivel nem tudták, hogy ezeket pontosan mikor, kik és milyen eszközökkel vésték vagy festették a kőzet felszínére.
2014-ben éves barlangfestményeket találtak Indonéziában, Dél-Celebeszen, a bantimurungi Maros körzetében. Korábban úgy hitték, hogy a legrégebbi barlangfestményeket az aurignaci kultúra alkotta - évvel ezelőtt a mai Franciaország területén, a Chauvet-barlangban és a mai Romániában, a Coliboaia-barlangban. A legkorábbi nem figuratív művészet egy kézlenyomat és mellette egy lemez. Hasonló jellegű festményeket Afrika, Dél-Amerika és Ausztrália egyes vidékein a modern időkig alkottak, habár egyre kevésbé barlangban és egyre inkább külső sziklafalon.
A barlangrajzok nem tekinthetők a lakóhely dekorációjának, mivel a barlangokon belül általában nehezen megközelíthető felületeken helyezték el őket. Egyes elméletek szerint kommunikációra, mások szerint szertartásokra használták. A képek világszerte hasonlóak, fő témájuk az állatok. Az emberek többnyire kézlenyomatként jelennek meg, mégpedig a kéz körülfújásával.
Elméletek A korai elméletek bélyeg|Festmény a vadak barlangjából (Gilf Kebir, Líbiai-sivatag). Becsült kor: 7000 év
A tudósok előtt a kezdetektől nyilvánvaló volt az a tény, hogy a festményekkel díszített barlangokban sohasem laktak. A barlangrajzok értelmezésére már a kutatások kezdetétől több elmélet született. A legelsők egyike a totemhit volt, miszerint az ősember a barlangok állatképeiben totemőseit ábrázolta. Ennek az elméletnek ellentmondanak a néprajzban a világ több részéből ismert törvények, melyek szerint például a totemős tabu volt, tilos megölni és megenni. Az ábrázolt állatok maradványait megtalálták a lakott barlangokban.
A sokáig legelfogadottabb elmélet szerint a festmények a vadászmágiát szolgálták. A vadászat előtt az állatokról rajzot készítettek, és képletesen megölték őket, hogy biztosítsák a vadászat sikerét, hiszen ha valaminek a képmását megsemmisítik, azzal azt is megölik. Ez a hit még a középkori Európában is élt, sőt napjainkban is tovább él a különböző népek vallásában. Ezt az elméletet alátámasztották az állatok testébe rajzolt nyílvesszők és dárdák, és a montespani medveszobor. A medve testét kifaragták, de feje helyére egy medvekoponyát illesztettek, amit meg is találtak a barlangban. A medveszobrot több dárdaszúrás érte.
David Lewis-Williams néprajzi kutatásokat végzett vadász-gyűjtögető közösségekben. Ezek alapján úgy gondolja, hogy a sámán lement a barlangba, révült, majd felrajzolta látomásait, hogy erőt vonjon ki a sziklafalból közössége számára.
A barlangok vallási jelentőségét Jean Clottes úgy magyarázza, hogy azok mélye a túlvilágra vezetett, ahol istenek, szellemek, ősök, halottak laktak, így a barlangokban kapcsolatba lehetett lépni velük.Entdeckung der Eiszeit-Kultur: Höhlenmalereien zeugen von entwickelten Völkern Terra X, 31. August 2008 Ezeket a képeket használta kommunikációs eszközként a sámán.Schamanen in der Höhlenwelt: Bildergeschichten und Gegenstände mit spiritueller Symbolkraft Terra X, 31. August 2008
R. Dale Guthrie különböző korú, stílusú festményeket tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy a festményeket és szobrocskákat fiatal férfiak készítették, akik akkoriban a népesség nagyobb részét képviselték. Azonban francia és spanyol barlangok kézlenyomatait elemezve Dean Snow a Pennsylvania Állami Egyetemről cáfolta az elméletet, mivel egy részük női kéz volt, még a Pech Merle-i pöttyös lovak körül is.
Egyes barlangrajzokat tanításra használhattak, a tapasztalt vadászok ezek segítségével magyarázták el a vadászat technikáit, és meséltek élményeikről. Élményeiket, álmaikat, kívánságaikat dolgozhatták fel. A modern művészethez hasonló kifejezésmód elméletét elvetették, amikor kiderült, hogy a máig barlangfestményeket készítő természeti népek nyelvében nincs szó a művészetre.
Lascaux Ezzel az elmélettel kapcsolatban is voltak kételyek, hiszen vannak olyan barlangok, amelyekben nincs sebzett állat rajza. Új lendületet adott a Lascaux-i barlang felfedezése, mert itt az előzőektől eltérő kutatási eljárást alkalmaztak. Míg a korábbiakban a festményeket egyediségükben vizsgálták, itt a barlangot mint egységet vizsgálták, s ezen belül a festmények elhelyezkedését térképezték fel. Kiderült, hogy az állatképeknek egymásutániságukban van értelmük, és azok nem festett állatok véletlenszerű gyűjteménye. Észrevették, hogy bizonyos állatok sokszor kerülnek egymás társaságába, míg mások soha. A később, több barlangban elvégzett vizsgálat bebizonyította, hogy az állatcsoportok meghatározott rendben követik egymást.
Kiderült, hogy bár a barlangokban nem laktak, mégis hosszú időn keresztül tömegek látogatták őket. A Lascaux-i barlang mennyezetén dárdahegyektől származó véseteket találtak, a kiálló sziklák megkoptak. A festmények karbantartására is vannak bizonyítékok. Mindezeket figyelembe véve megállapítható, hogy a korábbi, a vadászmágiát előtérbe helyező elmélet csak részben igaz. Valószínűleg a barlangrajzok egy, a jégkorszak embere számára ismert, de mára már eltűnt mítosz illusztrációi lehettek, s a barlangok teret adhattak különböző mágikus, vadászattal, termékenységgel kapcsolatos és beavatási szertartásoknak. Ezzel a felfedezéssel a barlangfestmények kutatása új utakra lépett.
Koruk Ma csaknem 340, barlangfestményekkel ellátott barlang ismert Spanyolországban és Franciaországban. Kezdetben sokat vitatkoztak a festmények koráról, mivel a sziklafal szennyeződései miatt a kormeghatározás pontatlan volt. Később sikerült a festékekből és a fáklyanyomokból mintát venni, így a kormeghatározás pontosabbá vált. Ezeken a szerves anyagokon szénizotópos kormeghatározást alkalmaztak. Az újonnan talált festmények korát témaválasztásuk, stílusuk is segít behatárolni. Így a Spanyolországban, a Cueva de las Monedas belsejében látható rénszarvasok az utolsó eljegesedés idejére teszik a megalkotást. 2012 óta az urán-tórium kormeghatározást is alkalmazzák, ami pontosabb eredményt ad. A becsült kor a barlangban talált leletekkel is egyeztethető, ami azonban megbízhatatlan, mert több ezer év különbség is lehet.
A legrégibb barlangfestmények Indonéziában, Dél-Celebeszen, a bantimurungi Maros körzetében találhatók a Timpuseng barlangban. Korukat legalább évre becsülik. Vaddisznót ábrázolnak. Indonéz és ausztrál tudósok a rajtuk növekvő cseppkövek alapján határozták meg korukat. "The minimum age for (the outline of the hand) is 39,900 years old, which makes it the oldest hand stencil in the world", said Dr Aubert. "Next to it is, and this is one of the oldest figurative depictions in the world, if not the oldest one", he told BBC News. There are also paintings in the caves that are around 27,000 years old, which means that the inhabitants were painting for at least 13,000 years." Abstract: "... minimum ages of 40.8 thousand years for a red disk, 37.3 thousand years for a hand stencil, and 35.6 thousand years for a claviform-like symbol". Stílusában és módszerében más indonéz barlangfestményekre hasonlít. El Castillo barlangjában a Bristol Egyetem kutatói legalább éves festményeket találtak, amelyek öt-tízezer évvel idősebbek, mint amelyek korábban Európában ismertté váltak. Translation of La Grotte Chauvet, l'art des origins, Éditions du Seuil, 2001, p. 214. Ez az időszak egybeesik a Homo sapiens megjelenésével Európában. Koruk miatt néhány tudós azt feltételezi, hogy neandervölgyiek készítették őket.
Európában a legrégibb figuratív ábrázolások több mint évesek. Franciaországban a Chauvet barlangban találták őket. Néhány kutató megkérdőjelezte az eredményt, mert szerintük túl finoman kidolgozottak ahhoz, hogy ebből a korból származzanak. A kérdés eldöntésére 2011-ben 80 mintát vizsgáltak meg, amelyek egy részét a fáklyafoltokból, más részét a festményekből vették. Eszerint két periódus különíthető el: a éves és a éves, és a régebbi a finomabb kidolgozottságú. Úgy látszik, mintha évezredeken át ugyanazokat a képeket átfestették volna. Hasonló stílusúak Románia területén a Coliboaia barlang festményei, amelyek korát évre teszik.
Ausztráliában Arnhem-föld fennsíkján évvel ezelőtt kihalt megafauna látható; azonban mivel nem vettek mintát, kora csak az ábrázolt állatok kihalásának időpontjával becsülhető. Ennél sokkal pontosabban meg lehetett határozni a Nawarla Gabarnmang szénrajzainak korát, amire év jött ki.
Vannak barlangfestmények a bronzkorból is, de a lascaux-i és az altamirai barlangban is látható magdaléni stílus az újkőkor idejére (Kr. e. ) kihalt. Egyes barlangokba évezredeken át visszatértek festeni és a régi képeket felújítani.
Az Ibériai-félszigeten a barlangrajzokat a sziklaművészet váltotta fel. Ilyen alkotások sekély barlangokban és sziklák alatt találhatók. Kevésbé részletes alakzatok, de ugyanannyi ember mint állat jellemzi. A kompozíciók nagyobb csoportokat tartalmaznak. Koruk -5000 év.
A barlangfestészet korszakai Henri Breuil abbé, a paleolitikus művészet első jelentős kutatója a barlangfestészet fejlődését két nagy korszakra osztotta fel, s ezt a felosztást ma is elfogadják. Az ő nagy vonalakban tett időhatár-megállapításait ma radiokarbonos vizsgálatokkal pontosítják. Ezek szerint a két nagy korszak, a périgord-i és a magdaléni iskola meghatározott jegyeket mutat, s ma már inkább iskolát, mint korszakot jelent.
Périgord-i iskola jobbra|bélyegkép|220px|Freskó a Lascaux-i barlangból (Franciaország)
A périgord-i iskola körében mintegy 32 000 éve jelentek meg azok a görbe vonalak, amelyeket az ősember a barlang agyagos talajába húzott az ujjával vagy egyéb eszközzel. Ezekből bontakoztak ki először az állatok körvonalai, amelyek később a barlang falára kerültek. Az ősember előszeretettel hagyta kezének a körvonalait is a falon. Az állatsziluetteket később fekete vagy vörös festékkel töltötték ki. Olykor az állat egyes részeit üresen hagyták. Bár az állatok mozgása természetes, a szarvak csavart perspektívájúak, tehát az állat oldalról, a szarvai szemből láthatók. Ezek a kétszínű festmények találhatók meg Lascaux-i barlangban, amely az iskola csúcspontját és utolsó szakaszát jelöli.
Magdaléni iskola A magdaléni iskola mintegy 17 000 éve alakult ki és kb. az i. e. 10. évezredig létezett. A régibb falfestmények egyszerű fekete körvonalú rajzok, amelyek végül plasztikus képekké fejlődtek, a körvonalakat sötét festékkel töltötték ki. A pontos részletkidolgozás mellett a tér érzékeltetésére is törekedtek, a csavart perspektíva csökkent, és egyre ritkábban fordult elő. A figurák kompozícióvá rendeződtek, megjelentek a szimmetrikus állatcsoportok. Az iskola legismertebb alkotásai az Altamira-barlang és a Niaux-barlang festményei, de a klasszikus korszakot a Rouffignac barlangrajzai képviselik. Később a rajzok egyre stilizáltabbak lettek, végül a művészet dekoratívvá vált.
Mezolitikum, neolitikum sziklaképei A középső kőkorszak, megközelítőleg az i. e. 10. évezredtől a 6. évezredig tartó mezolitikum sziklarajzai egyre stilizáltabb formában, a lényegre szorítkozva, csak pár vonással utalnak az ábrázolt tárgyra. Ez az élethűségtől való eltávolodott, jelképes ábrázolás vezetett a képírás apró jeleinek kialakulásához, a folyamat a neolitikum egyre szimbolikusabb barlangrajzai és a képírás fejlődésének kapcsolatában is nyomon követhető.