La Cueva del Olivo (Pruvia de Arriba, Llanera, Asturias, España) es una pequeña cueva kárstica ubicada en la cuenca del río Aboño y formada en la piedra caliza cretácica de la cubierta mesozoica de los Picos de Europa (al norte de la Península Ibérica). Contiene un importante registro sedimentario, arqueológico y paleontológico del Pleistoceno superior, con abundante evidencia tecnológica y restos faunísticos. El registro arqueológico muestra una primera ocupación que podría corresponder al Paleolítico Medio y una segunda ocupación en el Magdaleniense Medio. La secuencia estratigráfica dentro y fuera de la cueva fue estudiada con metodología geoarqueológica. En este trabajo, se analiza la secuencia litostratigráfica y se presentan los datos de los análisis granulométricos, mineralógicos, edafológicos y radiométricos. Los resultados de estos análisis permiten una interpretación precisa tanto de la litostratigrafía del depósito como de los procesos responsables de su formación y evolución posterior. Las fechas numéricas disponibles nos permiten situar el primer episodio de sedimentación en la cueva en el OIS 7a, en el Pleistoceno Medio, la base de la sedimentación fluvial externa en la etapa fría OIS 3a del Pleistoceno Superior y la ocupación magdaleniense en el Último Máximo Glacial (OIS 2) al final del Pleistoceno Superior.