岩泉町の北西2km、標高625mの宇霊羅山の東麓に洞口をもつ。山口県の秋芳洞、高知県の龍河洞とともに日本有数の鍾乳洞に数えられ、国の天然記念物にも指定されている。
　約2～3億年前は、北上山地一帯は海の底であった。そのころ有孔虫やサンゴなどの遺骸が海底に沈積し、これが龍泉洞を形成する安家（あつか）石灰岩層のもとになったといわれる。鍾乳洞は、この石灰岩の断層や節理の割れ目にしみこんだ雨水や地下水が、石灰岩を溶かして地下水流の通路を広げ、何十万年という年月をかけてできたとされる。龍泉洞が大規模になったのは、豊富な地下の湧水量によると考えられている。
　洞内はすでに知られているだけでも4,088m以上あり、公開されているのは往復700mで、その全容は5,000m以上に達するといわれる。洞内には地底湖が見つかっているだけで8つあり、そのうち3つが公開されている。
　洞内には、天然記念物のニホンウサギコウモリ・コキクガシラコウモリなど、わが国特有のコウモリが群棲している。ほかにもイワイズミホラズミトビムシや地下水性ヨコエビなど、洞窟性の生物が多く生息している。