Sau đó, cũng trong khoảng đầu thế kỷ XX, nhiều nhà nghiên cứu, khảo sát Việt Nam cũng đã thám hiểm và giới thiệu Phong Nha, nhưng tất cả các tài liệu của họ đều nghiêng về miêu tả cảnh đẹp thần tiên huyền ảo của hang động, như ông  Thái Bá Kiệm, Lê Bá Thảo, Hoàng Thiếu Sơn, Trần Kinh, Nguyễn Kinh Chi... Đặc biệt, trong đợt khảo sát vào tháng 7 năm 1995 Giáo sư Trần  Quốc Vượng, trường Đại học Quốc gia Hà Nội và chuyên viên Viện khảo cổ học Hà Nội nhận định động Phong Nha có dấu hiệu là một di tích khảo cổ học vô cùng quan trọng. Có thể dấu tích ở hang Bi Ký trong động Phong Nha là một thánh đường Chăm từ thế kỷ IX đến đầu thế kỷ XI. Ở đây, đoàn khảo sát đã gặp nhiều mảnh thân và miệng các bình gốm của Chàm với các mảnh gốm thô sơ có lõi đen, có vòng phân miệng loe rộng so với thân, tạo một  góc gần vuông. Bên cạnh đó còn có những mảnh gốm có tráng men hoa văn miệng hình cánh sen, cánh xanh ngọc, có mảnh có men lông thỏ màu hồng nhạt (Poilde livre). Xuất hiện các viên gạch Chàm đã bị vỡ và mềm ra như đất  “Chúng tôi đục một lỗ ở nền trên cùng và thấy bên dưới lớp Cobannát canxi  dày từ 10 - 20 cm là dấu vết của một nền móng gạch Chàm...”

Theo đoàn, trên nền hang có nhiều các phiến đá, không phải đá vôi, nó được cắt, mài (dấu vết rõ) bị lớp Cabonnát canxi bao phủ gần hết, có thể đây là các phiến đá thuộc kiến trúc trong hang này đã bị sụp đổ. Nói chung, các dấu vết trong hang này chứng tỏ trước đây đã có một kiến trúc gạch đá khá công phu ở đây. Qua cuộc khảo sát, đoàn khảo sát có một số nhận định sơ bộ như sau: Các mảnh gốm thô không men điển hình của gốm Chăm Pa, cùng với các mảnh gốm có men, hoa văn hình cánh sen trong hang bước đầu đặt niên đại (gốm có men và hoa văn) thế kỷ X - XI. Đây là thời kỳ cuối cùng của người Chăm Pa ở vùng này; Các viên gạch Chăm và dấu vết các nền móng cùng các vật liệu kiến trúc, cho thấy ở đây trước kia đã có một kiến trúc gạch kết hợp với đá của người Chàm và đây có thể là một thánh đường của vùng Bắc Chăm Pa; Tất cả các di vật phế tích Chàm này phải có niên đại muộn nhất là thế kỷ XI.

Dấu vết kiến trúc nền đền trong động Phong Nha và ký tự trên vách hang Bi Ký là dấu hiệu cho thấy sự thâm nhập sâu của văn hóa Chăm vào khu vực Di sản đã được hai học giả nổi tiếng là L. Cadiere và Trần Quốc Vượng khẳng định. Nếu di tích và di vật có dấu ấn Chăm trong động Phong Nha được khẳng định như các nhà khoa học đã phát hiện và dấu tích ít ỏi của những mẫu ký tự bí ẩn thực sự liên quan đến một giai đoạn lịch sử còn rất mơ hồ của vùng đất này, thì quả thực đây là một di tích rất đáng được trân trọng.

Tháng 3 năm 2008, một đoàn nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam và Nhật Bản đã phát hiện những dấu tích văn tự trong động Phong Nha là theo dạng chữ sanskrit phối hợp với dạng chữ Champa cổ. Trong bài nghiên cứu về Phật giáo Champa và vị trí của vùng đất Quảng Bình dưới triều đại Indrapura (thế kỷ 9-10), nhà nghiên cứu Nguyễn Hữu Thông (Nguyên phân viện trưởng Phân viện Văn hóa nghệ thuật quốc gia VN tại Huế) cho rằng những phát hiện mới của nhóm nghiên cứu Việt – Nhật đã hé lộ nhiều thông tin đáng quan tâm nhằm làm rõ thêm di tích Phật giáo Chăm trong thạch động thuộc di sản thiên nhiên thế giới. Qua khảo sát và nghiên cứu bước đầu, giáo sư Arlo Griffiths của Trường Viễn Đông Bác Cổ cho biết hiện vẫn chưa thể dịch nghĩa được những dòng chữ này có nội dung gì, chỉ khẳng định được chữ viết ở văn bia này là chữ viết của người Chămpa. Ông nhận định văn bản này được viết vào những năm đầu thế kỷ 11 (cách đây khoảng 1.000 năm). Đây là lần đầu tiên văn bia trong động Phong Nha được xác định niên đại cụ thể, so với những nhận định trước đó đều có khoảng cách từ thế kỷ IX-X hoặc từ thế kỷ X-XI. Sau khi đã khảo sát kỹ, các nhà ngôn ngữ học của Trường Viễn Đông Bác Cổ đã chụp ảnh văn bia để đưa về Pháp nghiên cứu dịch nghĩa và cam kết chuyển giao kết quả nghiên cứu cho BQL VQG Phong Nha – Kẻ Bàng nhằm mục đích phục vụ cho công tác quản lý, bảo tồn và phát huy giá trị của Di sản.

Hiện nay, tại Phong Nha – Kẻ Bàng ghi nhận 33 di chỉ khảo cổ có niên đại từ 3.000 - 12.000 năm trước, một số di chỉ đặc trưng ở Phong Nha - Kẻ Bàng, gồm: Di chỉ hang Bi Ký trong động Phong Nha gồm bàn thờ Chàm, 97 ký tự cổ khắc trên vách đá, tượng đá, mảnh gốm và nhiều bài vị chứa đựng các thông tin văn hoá Chăm Pa; Di chỉ ở xã Hưng Trạch, Sơn Trạch gồm những ngôi mộ chum bằng gốm, khuyên tai, lưỡi rìu đồng chứa đựng các thông tin văn hoá Đông Sơn và Sa Huỳnh. Di tích chữ hệ chữ Brahmi có nguồn gốc Nam Ấn Độ thể hiện ngôn ngữ người Chăm (hệ ngôn ngữ Nam Đảo), gạch, tượng đá, tượng phật, mảnh gốm và nhiều bài vị ở động Phong Nha, các di chỉ như rìu đá thuộc Thời kỳ Đồ đá mới cũng được phát hiện tại đây.

Ngoài giá trị sinh thái tự nhiên, Phong Nha - Kẻ Bàng còn có giá trị văn hóa, chứa đựng nhiều di tích lịch sử qua các thời kỳ, đặc biệt là quần thể hỗn hợp di tích phản ánh tiến trình lịch sử hai dòng văn hóa Chăm - Việt; quần thể văn hóa tộc người bản địa và quần thể di tích lịch sử nổi bật trên đường Hồ Chí Minh huyền thoại. Với những giá trị nổi trội về địa chất, địa mạo, đa dạng sinh học và văn hóa lịch sử đã tạo nên một Phong Nha - Kẻ Bàng duy nhất và khác biệt so với các Di sản thế giới khác./.