天泉洞原名袁家洞，规模巨大，主洞及大小支洞总长约4.2公里，总体积约270万立方米，洞内顶底板最大高差69.68米。天泉洞发育在距今约2.5亿年二叠纪栖霞组灰岩中，受层间裂隙和北北西向节理的控制，使其结构复杂，呈多层次树枝状洞穴，由下而上可分为四层。天泉洞洞穴空间和延展长度均居世界洞穴之前列，洞内化学、重力和流水等各类沉积物齐全，特别是化学沉积物，构成了地下宫殿。