Douze analyses distinctes sur huit échantillons prélevés sur des peintures, des mouchages de torche et des charbons au sol de la cavité apportent des précisions sur les étapes de la fréquentation de la caverne. Les peintures animales représentant deux rhinocéros et un bison présentent une fourchette de datation s'étendant de 30 340 BP ± 570 à 32 410 BP ± 720 (1) ; les mouchages de torches de 25 700 BP ± 850 à 26 980 BP ± 410 ; les charbons de bois de 22 800 BP ± 400 à 29 000 BP ± 400. Pour mémoire, les analyses des prélèvements réalisés dans la grotte Cosquer près de Marseille avaient indiqué pour la peinture d'une main la date de 27 110 BP ± 390, ce qui en faisait la plus ancienne peinture rupestre du monde.
Les datations effectuées dans la grotte Chauvet sont donc bien antérieures à celles de la grotte d'Arcy-sur-Cure (Yonne), datée à partir de charbons d'os à 26 500 BP ± 400 (cf CNRS-Info n° 299 du 1er/2/1995) ; de la grotte d'Altamira (Espagne) évaluée à 15 500 BP ; de la grotte de Lascaux (Dordogne) datée à partir de charbons de bois de 15 000 à 14 500 BC ; de la grotte de Pair Non Pair (Prignac et Marcamp-en-Gironde) dont les chevaux, aurochs et mammouths remontent à 25 000 BP ; de la grotte de Niaux (Tarascon-sur-Ariège) où les peintures murales datent de 13 000 BP ; de la grotte des Trois Frères (Ariège) qui abritait des charbons d'os datant de deux périodes distinctes, 13 500 BP et 23 000 BP.
Ces résultats font des peintures de la grotte Chauvet les plus anciennes connues à ce jour dans le monde entier. Ils bouleversent les notions admises jusqu'à présent sur l'apparition de l'art et son développement. Ces datations sont en effet la preuve que l'Homo sapiens a, très tôt, acquis la maîtrise du dessin faisant de ses peintures de véritables œuvres d'art.