La cueva de Ekain se localiza en la ladera oriental de la colina denominada Ekain, de la que toma su nombre, junto al caserío de Sastarrain, en el término municipal de Deba y apenas a 1,5 kilómetros de Zestoa. Junto a la cueva discurren dos arroyos, Goltzibar y Beliosoerreka, que al unirse forman la regata de Sastarrain. La presencia de agua en las inmediaciones y la orientación favorable de la cueva hacían de ella un lugar propicio para que los grupos humanos del Paleolítico la ocupasen.

En torno a la cueva, a 90 metros sobre el nivel del mar, se desarrollan abruptas montañas y elevados macizos que llegan a alcanzar casi 800 metros, siendo más bajos y suaves hacia el norte y en dirección a la línea de costa, situada a unos 11 kilómetros en momentos paleolíticos.

Hoy en día el entorno de Ekain presenta un clima atlántico, húmedo y templado, de temperaturas moderadas y precipitaciones repartidas durante todo el año. La vegetación actual corresponde a formaciones arbóreas caducifolias que se combinan con coníferas de crecimiento rápido y cultivos forrajeros.

En el entorno a la cueva de Ekain hay numerosos yacimientos de época magdaleniense (entre hace 20.000 y 13.000 años), como Urtiaga y Ermittia en Deba, Aitzbeltz en Andoain, y Agarre y Erralla en Aizarna, y otros de cronologías más antiguas como Astigarraga en Deba, e Irikaitz y Amalda en Zestoa. Además, cerca de ella hay otras cuevas decoradas de reciente descubrimiento, Astigarraga y Erlaitz en Deba y Danbolinzulo en Zestoa.