중문관광단지내에 있다. 상·중·하 3단으로 이루어져 있는데, 제1폭포는 높이 22m의 절벽으로 떨어져서 깊이 21m의 짙푸른 천제연을 이루고, 그 못 물은 다시 흘러서 제2폭포가 되어 제2의 못을 이루면서 떨어지고, 제2의 못은 또다시 제3폭포가 되어 떨어져 바다로 흘러가는 장관을 이룬다.
옥황상제의 선녀들이 밤이면 이곳에 내려와 목욕을 하였던 곳이라 하여 천제연이라는 이름이 붙여졌다. 제1폭포가 떨어지는 천제연 옆의 바위동굴은 천장으로부터 얼음보다 더 차가운 물이 흘러내려서, 예로부터 백중(百中)·처서(處暑)날에 이 물을 맞으면 모든 병을 치료할 수 있다고 하여 많은 사람들이 몰려들었다.
천제연은 단애와 그 밑의 점토층 사이에서 생수가 쏟아져 나와 사시사철 맑은 못을 이룬다. 천제연계곡은 중문단지 중 손꼽히는 관광지로 천연의 난대림지대를 이루고 있어서 한라산 천연보호구역의 하나로 지정, 보호되고 있으며, 제1폭포 서쪽 절벽 밑에 자생하고 있는 담팔수나무는 제주도기념물로 지정, 보호되고 있다.