김녕굴과 만장굴은 하나의 화산 동굴계에 속하고 있었으나 후에 동굴 천장이 함몰되어 두 개의 동굴로 구분된 것으로, 거문오름 용암동굴계에 해당한다. 동굴들의 총 연장은 15.798m이고, 김녕굴의 총길이는 705m이다. 1962년 12월 3일에 1,086,157㎡ 면적의 '제주도 김녕굴 및 만장굴'이 천연기념물로 지정되었다. 2007년에는 유네스코 세계자연유산으로 등재되었다.
김녕굴은 만장굴 바로 밑에 있으며 김녕 뱀굴로 알려져 있는데 옛날 이 동굴에 큰 뱀이 살았다는 전설에서 유래한다.
제주도 김녕굴 및 만장굴은 제주도 동북쪽에 있는 화산동굴지대의 대표적인 용암동굴이다. 김녕굴과 만장굴은 원래 하나로 이어진 굴이었으나 천장이 붕괴되면서 두 개로 나뉘었다.
김녕굴은 만장굴 밑에 있으며, 총길이 705m로, 동굴 바닥에는 용암이 흘러내린 흔적이 뚜렷이 남아있고 동굴 끝에는 폭포 모양으로 굳은 용암을 볼 수 있다. 또한 천장 높이와 동굴 통로가 매우 넓은 대형동굴이다. 2층의 공동 위 부분에 있는 용암 선반은 갖가지 형태로 발달하여 있으며 벽면에는 규산화가 많이 부착되어 있다.
만장굴은 총길이 8,924m이다. 고드름처럼 생긴 용암종유와 땅에서 돌출되어 올라온 용암석순, 용암종유와 용암석순이 만나 기둥을 이룬 용암주 등 다양한 동굴생성물이 많다. 바닥에는 용암이 흘러내려간 흔적이 새끼줄 모양으로 남아 있다.
동굴 입구에서 계단 모양으로 층을 이루고 있는 지붕 모양의 암석을 볼 수 있는데, 이는 동굴 속을 흐르던 용암의 높이가 여러 번 변화했음을 의미한다. 동굴의 천장에는 오각형 내지는 육각형의 절리들이 발달해 있는 것을 볼 수 있다. 동굴 벽에는 용암이 흘렀던 기록들이 남아 있고, 천장 가까이에는 돌고드름처럼 생긴 용암종유석들이 많은 것으로 보아 용암은 상당히 묽은 상태였던 것을 알 수 있다. 김녕굴과 만장굴은 화산동굴의 형성과정을 연구할 수 있는 귀중한 학술자료가 되고 있다.
김녕굴과 만장굴은 선흘리현무암이 분출할 때 형성된 용암동굴이다. 용암동굴은 파호이호이 용암에서 흔히 형성되는데, 파호이호이 용암은 점성이 낮고 높은 온도를 지니고 있기 때문에 표면이 얇게 굳어도 내부에서는 높은 온도의 용암이 계속 흐르게 된다. 용암의 공급이 줄어들거나 용암의 흐름을 막고 있던 방해물이 제거되면 굳은 표면은 남아 있고 내부에 흐르던 용암의 높이가 낮아져 동굴이 만들어진다. 용암동굴 내에는 용암이 흐르던 높이가 변한 현상이 동굴 벽에 남아 있다.
주변에 있는 만장굴(萬丈窟)과는 동일한 용암계를 이루고 있는데, 이것은 동굴계 중간부분이 함몰되어 만장굴과 김녕굴로 구분되었다.
우리나라는 뛰어난 자연미를 갖추고 있으면서 독특한 화산 지형과 생태계를 보여주는 제주의 자연 가운데 특히 화산지형의 주요 특징과 특이성이 두드러지는 ‘한라산 천연보호구역’, ‘거문오름 용암동굴계’, ‘성산일출봉 응회구’ 세 곳을 '제주 화산섬과 용암동굴'이라는 이름으로 2007년 유네스코 세계자연유산으로 등재시켰다.
제주도에 분포하는 368개의 기생화산 가운데 하나인 거문오름(400m)은 제주 동북쪽 방향에 자리하고 있다. 이 화산체로부터 흘러나온 용암류가 경사를 따라 북동쪽 방향으로 해안선까지 도달하면서 20여개의 동굴을 만들어냈다. 이를 통틀어 거문오름 용암동굴계라 하는데, 이들은 30만년 전에서 10만년 전 사이 여러 차례에 걸친 화산분출로 이루어졌으며, 대규모 용암동굴이 형성되고 진화하는 과정을 그대로 간직하고 있다. 거문오름 주변에 발달한 용암동굴들은 길이, 구조, 구성 성분 등이 매우 다양한데, 이 가운데 세계자연유산에 포함된 부분은 거문오름, 벵뒤굴, 만장굴, 김녕굴, 당처물굴, 용천동굴이다.
거문오름 용암동굴계는 거문오름에서 시작되어 해안가의 당처물굴까지 거의 직선으로 형성되며, 크게 3개 방향의 동굴계가 형성되어 있다. 규모가 가장 큰 제1동굴계는 14.6㎞, 제1동굴계와 거의 나란한 제2동굴계는 13.2㎞, 거문오름에서 북서쪽으로 방향을 트는 제3동굴계는 8.2㎞로 전체 길이가 약 36㎞에 이른다.