Las excavaciones llevadas a cabo en Cueva Antón documentaron una ocupación del abrigo durante el Musteriense, cultura englobada durante el Paleolítico Medio, en la que predomina el hombre de Neanderthal y cuya cronología oscila entre el 300.000 al 40.000 a.C.
El tipo de hábitat era idóneo, salvo por su orientación al Norte, para su ocupación durante la Prehistoria. La proximidad del río Mula, es decir, su emplazamiento en una valle fluvial, y por tanto vía de comunicación que sería utilizada por animales gregarios en sus migraciones estacionales; la disponibilidad de recursos hídricos, no sólo para los habitantes de la Cueva, también por que el río era lugar de bebedero para diferentes especies cinegéticas, lo que debía facilitar la posibilidad de cazar animales.
No se conoce con certeza el carácter de la ocupación musteriense en Cueva Antón, si fue de carácter permanente o estacional. Parece que la relativa abundancia de agua, recuros cinegéticos y materias primas para la elaboración de herramientas hacen pensar que existía una mayor estabilidad y por tanto una permanencia prolongada en el asentamiento. Sí parece claro que el hábitat se mueve en un período de transición entre el hombre de Neanderthal y el hombre moderno. El hombre de Neanderthal es una especie del genero homo que habitó en Europa y parte de Asia Occidental durante el Paleolítico Medio y que desaparece del registro fósil, por causas que aún no están bien determinadas, en torno al 30.000 a.C.
En el caso del yacimiento de Cueva Antón, habitado por Neanderthales, el registro lítico y los análisis geológicos llevados a cabo en el abrigo, sitúa el uso del abrigo en un Musteriense final, con una cronología que podría situar el momento final de su ocupación en torno al 38.000-36.000 a.C.