El Portalón de Cueva Mayor es una de las entradas actuales al sistema kárstico de Cueva Mayor-Cueva del Silo, situado en la Siera de Atapuerca (Burgos, España). Es un importante yacimiento arqueológico del Holoceno excavado durante la década de los 70 y del que apenas se ha publicado nada. Las nuevas intervenciones iniciadas por el equipo de Investigación de Atapuerca en el año 2000 han puesto de manifiesto una secuencia estratigráfica más amplia que la anteriormente conocida. Dicha secuencia comienza a finales del Pleistoceno Superior y contiene evidencias de ocupaciones humanas a lo largo del Holoceno. En este artículo presentamos la secuencia arqueológica con dataciones radiométricas que abarcan desde el 30.000 BP hasta el 1.000 BP. Esta secuencia muestra dos grandes unidades sedimentarias. La inferior es del Pleistoceno Superior y contiene un registro paleontológico significativo y con muy escasos vestigios de actividad humana en forma de pequeñas lascas. La unidad superior pertenece al Holoceno y se caracteriza por un sedimento homogéneo con abundante presencia de restos de cultura material. Esta unidad muestra ocupaciones durante el Mesolítico, Neolítico, Calcolítico, Edad del Bronce Antiguo y Medio, Edad del Hierro, época Romana y época Medieval. La nueva secuencia del Portalón adquiere relevancia debido a la escasa información existente para el Paleolítico Superior, Mesolítico y Neolítico en el interior de la Península Ibérica, y en particular, en la Meseta Norte.