강릉옥계굴은 주굴의 길이 약 600m, 총 연장 약 1,000m의 석회동굴로 1980년 강원도 기념물로 지정되었다. 이 동굴은 과거부터 동굴 내에 석화(石花)가 만발하여 ‘석화동굴’이라 불렸으며 많은 탐승객들이 드나들었다. 지질은 고생대 대석회암통(大石灰岩統)에 속하고 검은회색의 석회암과 돌로마이트(dolomite) 석회암이 널리 분포한다.
석회암층의 지질연대는 4억∼5억 년 전으로, 동굴의 형성연대는 약 10만 년 전으로 추정된다. 이 동굴의 지형적 특징은 종유석(鐘乳石)이나 석순(石筍)이 적은 대신 우리나라의 다른 동굴에서는 보기 힘든 석화가 동굴 내 광장 도처에 분포하고 있다는 점이다.
그리고 동굴 바닥에는 지표에서 스며들어 온 점토가 넓게 깔려 있는데, 이들 점토는 동굴 내의 건화현상(乾化現象)으로 인해 곳곳이 갈라져 있다.