En el año 1938 , La cueva fue explorada por primera vez, durante la Guerra Civil, por parte de oficiales del ejército, entre los que hay que reseñar a Francisco Segovia García, Rafael Naranjo Morales, Ricardo Bárcena Nalda y el entonces párroco de Zuheros don Pedro Vallejo, a los que se les atribuye el descubrimiento del cadáver humano que se encuentra depositado en el fondo. Sin embargo la primera referencia escrita de ella aparece en el libro Antigüedades Prehistóricas de Andalucía del arqueólogo Manuel de Góngora y Martínez, en el año 1868. Posteriormente la cueva ha sido objeto de varias excavaciones arqueológicas de las que se ha obtenido información valiosa acerca del Paleolítico Medio y del Neolítico. En 1962 y 1969 se realizaron los primeros trabajos arqueológicos, dando como resultado más notorio el descubrimiento de que el neolítico andaluz se iniciaba un milenio antes de lo que se creía.
Algunas de sus salas han desarrollado espeleotemas secundarios (estalactitcas, estalagmitas y gours) debido a la erosión de las aguas subterráneas. Destacan salas como la de las formaciones, la del fémur, sala de la celosía, sala de los estratos, del órgano, etc. Cabe destacar sobre todas las formaciones geológicas una estalagmita de 4 metros de longitud que depende para su crecimiento sin embargo de una estalactita de apenas 10 cm.
Desde el año 2014 la cueva de los Murciélagos forma parte de las grandes cavidades de la península ibérica, ya que se han topografiado más de 3300 metros, y con la previsión de seguir explorándose más en profundidad.