จากการศึกษาเพิงหินซึ่งเป็นแหล่งภาพเขียนสีและโบราณสถานในบริเวณอุทยานประวัติศาสตร์ภูพระบาท สามารถกําหนดระยะเวลาของการใช้พื้นที่ได้ ๓ ยุคสมัย คือ ๑. แหล่งภาพเขียนสมัยก่อนประวัติศาสตร์ ๒. โบราณสถานสมัยทวารวดี-ลพบุรี และ ๓. โบราณสถานสมัยล้านช้าง-รัตนโกสินทร์ แต่ทั้งนี้แหล่งภาพเขียนสีและโบราณสถานต่างๆ ดังกล่าวนั้นได้มีการใช้พื้นที่อย่างต่อเนื่องซ้ำซ้อนกันหลายยุคสมัย โดยเพิงหินหลายแห่งมีการดัดแปลงให้เป็นไปตามรูปแบบศิลปกรรมของตามยุคสมัยต่างๆ ที่มีอิทธิพลทางวัฒนธรรมในบริเวณเทือกเขาภูพระบาท

การดัดแปลงเพิงหินด้วยการสกัดให้เป็นห้องหรือการสร้างประติมากรรม

พระพุทธรูปนูนต่ำ ที่บริเวณถ้ำพระ จากระบบฐานข้อมูลภาพศรีศักร-มานิต วัลลิโภดม

บริเวณเทือกเขาภูพระบาทมีร่องรอยของการใช้พื้นที่เพื่อการประกอบพิธีกรรมมาตั้งแต่ในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ตอนปลายจนถึงปัจจุบัน กล่าวคือ มีร่องรอยของการอยู่อาศัยและการประกอบพิธีกรรมในสมัยยุคเหล็ก (ราว ๓,๐๐๐-๒,๐๐๐ ปีมาแล้ว) การดัดแปลงเพิงหินให้เป็นศาสนสถานเนื่องในพระพุทธศาสนาในสมัยทวารวดี (ราวพุทธศตวรรษที่ ๑๔-๑๕) สมัยลพบุรี (ราวพุทธศตวรรษที่ ๑๕-๑๘) สมัยล้านช้าง (ราวพุทธศตวรรษที่ ๑๙-๒๑) และสมัยรัตนโกสินทร์ (ปัจจุบัน) ภายใต้บริบทของ ‘พื้นที่ศักดิ์สิทธิ์’ ที่เป็นบริเวณพื้นที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มคนที่ให้ความเคารพนับถือ และมีการใช้บริเวณพื้นที่เพื่อการประกอบพิธีกรรม ซึ่งอาจเป็นของกลุ่มคนในท้องถิ่นหรือกลุ่มคนที่อยู่ห่างไกลแต่มีความเคารพนับถือต่อบริเวณพื้นที่ดังกล่าว โดยพื้นที่มีการใช้งานอย่างต่อเนื่องยาวนาน

งานวิจัยนี้ได้สรุปว่า เมื่อทําการศึกษาแหล่งภาพเขียนสีและโบราณสถานทั้งหมดพบว่า เทือกเขาภูพระบาท มีร่องรอยของกลุ่มคนมาตั้งแต่ในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ตอนปลายยุคโลหะราว ๓,๐๐๐-๒,๕๐๐ ปีมาแล้ว โดยมีร่องรอยของภาพเขียนสีที่เขียนขึ้นตามเพิงหินต่างๆ ซึ่งเมื่อพิจารณาถึงลักษณะของเพิงหินและลักษณะของภาพเขียนสีแล้ว อาจสันนิษฐานได้ว่าเป็นสัญลักษณ์เพื่อเป็นเครื่องแสดงถึงการครอบครอง หรือการแสดงอาณาเขตการจับจองพื้นที่ของครอบครัวหรือกลุ่มคนที่ใช้ประโยชน์พื้นที่เพื่อเป็นที่อยู่อาศัย หรือเป็นสัญลักษณ์ของพื้นที่การออกหาของป่าล่าสัตว์ รวมถึงการใช้เพิงหินที่มีภาพเขียนสีเพื่อการประกอบพิธีกรรมทางศาสนาหรือความเชื่อท้องถิ่น

ต่อมาในราวพุทธศตวรรษที่ ๑๔-๑๕ วัฒนธรรมสมัยทวารวดีได้เข้ามามีอิทธิพลต่อพื้นที่บริเวณเทือกเขาภูพระบาท โดยพบโบราณวัตถุและโบราณสถานเนื่องในพระพุทธศาสนาจํานวนมาก โดยเฉพาะการดัดแปลงเพิงหินด้วยการสกัดให้เป็นห้องหรือการสร้างประติมากรรมพระพุทธรูปนูนต่ำ รวมถึงการปักใบเสมาหินซึ่งเป็นเอกลักษณ์ทางวัฒนธรรมทวารวดีในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย และยังเป็นสัญลักษณ์ที่แสดงถึงการกําหนดพื้นที่ศักดิ์สิทธิ์ในการประกอบพิธีกรรมทางพระพุทธศาสนาหรือเป็นโบสถ์ 

นอกจากนี้ ยังพบเพิงหินหลายแห่งที่มีร่องรอยของการสกัดให้เป็นสถานที่ที่สามารถอยู่อาศัยได้ หรือเป็นสถานที่เพื่อการบําเพ็ญเพียร และยังมีร่องรอยของหลักฐานที่แสดงอิทธิพลศิลปะเขมรราวพุทธศตวรรษที่ ๑๕-๑๘ เข้ามาผสมผสานกับศิลปกรรมแบบทวารวดีในบริเวณพื้นที่นี้ด้วย