桃花洞发育于三叠纪灰岩的小孤峰中，位于六枝特区桃花公园内的桃花山脚。地理坐标为东经105°28′08″，北纬26°12′29″，海拔1,340米。洞口东南向，高约5米、宽约15米。洞纵深约31米。堆积物面积约150平方米。洞四周开阔。桃花洞遗址于1983年10月修建桃花山公园时发现，建园人员于洞中发现巨猿化石，化石上粘附有灰烬。同年11月至12月，省博物馆派人进行清理和小面积试掘。试掘区堆积物厚约2米，自上而下分为三层：上层为黑色表土层，含磨制石器及陶片等遗物；中层为黑色、灰色粘土层，含人化石、动物化石、石制品和用火遗迹等；下层黄色粘土层未见文化遗物。上层出土玄武岩磨制石斧1件、磨光石器5件及陶片20余件。中层出土石制品256件，同层还出土骨锥、穿孔蚌器和大量烧骨烧石，烧石和炭屑厚达40~70厘米，并发现有人股骨化石1件，巨貘、獾、熊、虎、豪猪、鹿等10余种哺乳动物化石。在洞口左右两壁还发现用赤铁矿粉为颜料，以人物动物为主要内容的岩画。
人类股骨化石折断面显示了髓腔极小，骨壁很厚的原始性，而发达的股骨脊又表现出进步性，被研究者称其为“桃花洞人”。
石制品以玄武岩为主，硬质砂岩和燧石次之。石器工具类83件，有砍砸器、刮削器、盘状器、尖状器等。制作技术以锤击法为主，其中刮削器类多为零台面石片加工的中、小型器，单刃多于复刃，凸刃数量较多，修理较为精细，其余为石核、石片、石锤等100余件。磨制石器6件，通体磨光石斧1件，其余为刃部磨光。蚌器2件，为小而简单的穿孔装饰，这在国内是首次发现。骨制品为2件骨锥，制作精巧，呈三棱形，尖扁钝。陶片47件，较为破碎，为深灰色和浅灰色砂陶，纹饰以绳纹为主，其次为锥剌文、弦纹、刻划纹、方格纹、波纹、回形纹等。
桃花洞遗址上层为新石器时代，中层为旧石器时代晚期，这种新旧石器文化并存的史前遗址，对研究现代人进化过程有着特别的意义。
1985年11月2日，贵州省人民政府批准公布为第二批省级文物保护单位。
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