Dykare fann ungens ben av en slump i en stor, översvämmad kalkstenskammare på Yucatanhalvön.
Hon var 15 eller 16 år vid döden och levde för minst 12.000 år sedan.
Forskare har berättat för Science Magazine att hennes DNA stöder tanken att de första amerikanerna och de moderna indianerna i indianerna har ett gemensamt ursprung.
Denna teori hävdar att människor från Sibirien bosatte sig på landbryggan som kallas Beringia och som kopplade samman Asien och Amerika för omkring 20.000 år sedan innan havsnivån steg.
Dessa människor flyttade sedan söderut för att befolka de amerikanska kontinenterna.
De moderna indianernas genetik verkar säkert koppla dem till den här historien. Men deras ansiktsdrag skiljer dem från de äldsta skelett som nu grävs fram.
Dessa uråldriga människor hade smalare, längre skallar. Skillnaderna har antytt att det kanske fanns flera invandringar från Sibirien (eller till och med Europa).
Men resterna av Yucatan flickan, dubbade Naia - vilket betyder "vatten nymf" på grekiska - inte följa denna linje av tänkande, eftersom även om hon hade de smala drag i samband med de tidigaste amerikanerna, hennes DNA delar gemensamma drag med moderna indianer.
Labanalys av tänder och benprover kopplar henne till en viss genetisk härstamning som kallas Haplogroup D1.
Samma markör finns i ett stort antal moderna indianer.
"Denna härstamning tros ha utvecklats i Beringia, det land som nu ligger under Berings hav efter dess istid boende blev genetiskt isolerade från resten av Asien", förklarade den ledande författaren Dr Jim Chatters.
"Så, Naia, en av de tidigaste boende i Amerika som ännu finns, tyder på att paleoamerikaner inte representerar en tidig migration från en del av världen som skiljer sig från de infödda amerikanernas.
"Samtidigt härstammar paleoamerikaner och indianer från samma hemland i Beringia.
"Skillnaderna mellan dem uppstod troligen från evolutionen som uppstod efter att den beringianska genpoolen separerades från resten av världen."
Yucatanhalvön är känd för sina gigantiska sjunkhål i kalksten, eller cenotes.
Kammaren där flickan hittades representerar en av dessa gropar innan dess tak har kollapsat för att producera en bred ytöppning.
För att nå den naturliga amfiteatern måste dykarna simma nästan 1 km genom en vattenfylld tunnel.
"I samma ögonblick vi kom in visste vi att det var en otrolig plats," erinrade Alberto Nava.
Golvet försvann under oss och vi kunde inte se över till andra sidan. Vi riktade våra ljus nedåt och åt sidan; allt vi kunde se var mörker.
"Det kändes som om våra kraftfulla undervattensljus förstördes av detta tomrum. Så vi kallade det "svart hål", som på spanska är "Hoyo Negro".
Forskare kan bara spekulera om varför Naia hade varit i grottan. Skelettrester från många djur skräpar också ner gropens golv.
Misstänket är att de alla letade efter vatten, eftersom regionen hade ett mycket torrt klimat för 12.000 år sedan och grottan skulle ha varit mestadels torr men för några pooler.
De kanske snubblade och föll till döds i mörkret.
"Hennes bäcken är brutet och det verkar ha brutits vid eller runt tidpunkten för hennes död eftersom det är brutet på ett sätt som relativt ungt ben skulle bryta snarare än uråldriga ben," sade Dr Chatters.
"Så, det verkar som om hon föll ganska långt och slog något hårt. Jag tror att hon dog nästan omedelbart, om inte omedelbart."
På ytan av det, den nya studien stöder forskning som publicerades i februari som tittade på genetiken hos ett spädbarn som dog ungefär samtidigt i vad som nu är den amerikanska staten Montana.
Denna undersökning av "Anzick" pojke, som han har blivit känd, genomfördes på det huvudsakliga DNA-material som finns i cellkärnorna.
Naias DNA, å andra sidan, kom från utanför cellernas kärnor - i strukturer som kallas mitokondrierna. Dessa innehåller mycket mer begränsad information.
Dr Shane Doyle från Montana State University sa att dr Chatters team därför fortfarande hade en del skäl att resa innan mycket robusta slutsatser kunde dras.
"Enligt min åsikt de har ett sätt att gå innan de kan säga något betydande," sade han BBC News.
– Det är extremt svårt att komma åt kärn-DNA och avkoda det är mycket komplext, men det är vad de behöver göra. Tills de gör det kan de inte berätta mycket om varifrån indianerna kom."
Doktor Chatters bekräftade att upplösandet av Naias kärngenom var en framtida prioritering.
Jonathan.Amos-INTERNET@bbc.co.uk och följ mig på Twitter: @BBCAmos
De gamla resterna av en tonårsflicka som upptäcktes djupt under jorden i Mexico ger ytterligare insikter om hur Amerika kom att befolkas.