水洞沟的张三小店是一间具有丰富历史背景的小店，与水洞沟的考古发现有着密切的联系。

张三小店最初是由张三之父张天义开设的车马大店，位于宁夏银川来往内蒙、陕北的必由之路上。在二十世纪二十年代后半期，随着公路的修建，客商逐渐减少，宁盐大道逐渐废弃，水洞沟地区也因此衰落。然而，张三小店却因为与水洞沟的辉煌发现相联系，并在挖掘过程中扮演了重要角色，从而名留青史。

水洞沟的考古研究起始于1923年，当时德日进和桑志华在这里进行了第一次发掘，发现了300公斤石器，引起了中外考古专家的广泛关注。1960年，中苏古生物工作者再次进行发掘，获得2000件石器。1963年，我国著名考古学家裴文中、贾兰坡教授带领团队在原址东侧进行了大规模考古挖掘，发现了新石器时代的遗物石斧、石磨盘，同时出土了野驴、犀牛、羚羊、转角羊、原始牛、狗、猪、鸵鸟等十几种动物化石和1.1万多件石器。这次发掘首次以明确的地层包含物证明，水洞沟遗址不是单一时代的文化遗址，下层有旧石器时代的文化遗物，上层有新石器时代的遗物。通过对出土的大量化石、石器、骨锥、装饰物和人类用火痕迹的研究表明，距今3万年前后，宁夏境内就有人类在此繁衍，并且持续了漫长的时间，他们创造了旧石器晚期的“水洞沟文化”。