온달장군이 수양하였다는 전설이 남아 있어 온달굴이라 하며, 온달성(溫達城) 밑에 있다고 하여 지산굴(地山窟)·남굴(南窟)이라고도 한다.
온달동굴은 주굴과 지굴의 길이가 800m이다, 천연기념물로 지정된 면적은 307,269㎡이다. 남한강변, 그것도 하천류가 내려치는 침식강변에 그 입구가 있으므로 한강수위가 높아지면 동굴류의 수위도 이와 비례한다. 그러므로 한강물이 계속 이 굴속을 드나들었던 관계로 진동굴성(眞洞窟性) 생물은 찾아볼 수 없다.
지형경관이 매우 화려하고 아름다우며 글자 그대로 지하복마전(地下伏魔殿)을 이루고 있다. 석회암층 담백색 종유석과 석순 등이 잘 발달되어 내부 비경이 웅장하고 동굴의 진입로가 수평을 이루고 있다. 지하 수량이 풍부하여 현재까지도 생성물이 자라고 있으며 노래기, 지네, 곤충, 포유류 등 다양한 생물들이 서식하고 있다.
석회동굴은 석회암의 용식작용에 의해 형성되는 것이다. 석회동굴은 지하수계에 의해 발달하는 것으로서 지하수계는 언제나 새로운 동굴을 만들며 구유로(舊流路) 뒤에는 우리가 말하는 동굴이 남는다.
온달동굴의 지층은 고생대 대석회암통에 속하고, 지질연대는 약 4억∼5억년 전이며 동굴의 형성시기는 약 10만 년 이내로 볼 수 있다.
관광측면에서 볼 때, 교통의 요지에 위치하고 낮은 강변에 있어 여러 면에서 편리하고, 온달성·구인사(救仁寺), 그리고 강가의 토성(土城)과 송파서원(松坡書院), 부근의 자연풍치 등으로 개발가치가 있다고 하겠다. 1966년부터 학술조사가 시행되어 1975년 잠시 공가하였으나 지리적 여건으로 잠시 폐쇄하였고, 1997년 11월에 개방하였다. 온달동굴은 1979년에 천연기념물로 지정되었다.
온달동굴이 위치한 온달관광지에는 온달과 평강을 주제로 한 테마공원, 온달 전시관이 있다. 또한 이곳에는 태왕사신기와 연개소문 촬영지로 유명한 곳이다.