Vườn quốc gia Phong Nha-Kẻ Bàng cũng chứa đựng nhiều di vật khảo cổ. Các bằng chứng về sự sinh sống của con người ở khu vực này là các đầu rìu thuộc Thời kỳ Đồ đá mới và các hiện vật tương tự đã được các nhà khảo cổ Pháp và Việt Nam tìm thấy trong các hang động[3]. Năm 1899, một giáo sĩ truyền đạo người Pháp tên là Léopold Cadière đã khảo sát và nghiên cứu về văn hoá và phong tục, tập quán của người dân vùng thung lũng sông Son. Trong thư viết cho Trường Viễn Đông bác cổ, ông khẳng định: "Những gì còn lại của nó đều rất quý giá đối với sử học. Giữ nó là giúp ích cho khoa học".

Đầu thế kỷ XX, các nhà thám hiểm hang động và học giả Anh, Pháp đã đến Phong Nha và họ đã phát hiện ở đây một số di tích Chăm và Việt cổ như bàn thờ Chàm, chữ Chàm khắc trên vách đá, gạch, tượng đá, tượng phật, mảnh gốm và nhiều bài vị v.v.

Năm 1995, Viện Khảo cổ học Việt Nam nhận định động Phong Nha có dấu hiệu là một di tích khảo cổ học vô cùng quan trọng. Viện này cho rằng có khả năng dấu tích ở hang Bi Ký trong động là một thánh đường Chăm Pa từ thế kỷ IX đến thế kỷ XI. Tại động Phong Nha, người ta đã phát hiện nhiều mảnh thân và miệng các bình gốm có tráng men của Chàm với các mảnh gốm thô sơ có lõi đen, có vòng miệng loe rộng so với thân, tạo một góc gần vuông. Ngoài ra, người ta còn phát hiện ra các mảnh gốm hoa văn miệng hình cánh sen, màu xanh ngọc, màu lông thỏ hồng nhạt[50].

Động Phong Nha là nơi vua Hàm Nghi trú ngụ trong thời kỳ thực hiện Chiếu Cần Vương kháng chiến chống thực dân Pháp.

Các di tích lịch sử cách mạng có: Bến phà Xuân Sơn, Đường mòn Hồ Chí Minh và đường 20 Quyết Thắng, Mụ Giạ, A.T.P, Trà Ang, Cà Tang, cua Chữ A, Khe Ve... hay các di tích Hang Tám Cô, hang Chín Tầng, bến phà Nguyễn Văn Trỗi, các kho hàng hoá trong hệ thống hang động ở Tuyên Hoá, Minh Hóa trong thời kỳ Chiến tranh Việt Nam[51].