단양지역은 대부분이 석회석지질인 관계로 지하에는 많은 석회동굴이 생성되어 있으며, 지금까지 발견된 지하 동굴은 70여개소에 이르고 있으나 현재는 온달동굴을 비롯해 고수동굴, 노동동굴, 천동동굴 등 모두 4개소의 천연동굴이 일반 관광객들에게 개방되고 있다.

온달동굴(천연기념물 제261호)
온달산성이 있는 성산 기슭 지하에 약 2억 4천만년 전부터 생성되어 온 것으로 추정되는 주굴과 지굴의 길이가 800m에 달하며 1,2,3 층으로 구분되는 천연동굴로서 1966년부터 학술조사가 시행되어 1975년 잠시 공개하였으나 지리적 여건으로 폐쇄되었다가 대대적인 개발을 통해 1997년 11월 2일부터 다시 일반인에게 공개하고 있다. 

고수동굴(천연기념물 제256호)
고수동굴은 태고의 신비를 느낄 수 있는 곳으로 길이 1,700m의 자연동굴이다. 인간이 감히 헤아릴 수 없는 세월의 흐름과 함께 석회암 산속에서부터 잔잔히 스며드는 빗물과 공기가 맞닿아 종유석과 석순이 자라는 요람으로 사계절 내내 섭씨 15도를 유지하고 있어 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻하다. 

노동동굴(천연기념물 제262호-공개제한)
생성연대가 약 5억년으로 추정되며 길이 1,400m 전반이 40~50도의 급경사를 이루는 동양 최대의 수직동굴로서 지하 200m 지점에서 빙하기시대의 변화를 입증해주는 화석이 출토 되었다. 비온 뒤 거대한 폭포수가 흘러내려 극치를 자아내는 지하 백옥폭포가 장관을 이루고 있다. 

천동동굴(시도 기념물 제19호)
여성적이고 섬세한 자연의 극치를 체험할 수 있는 천연동굴로서 생성시기는 약 4억 5천만년으로 추정하고 있으며 길이 470m의 천연석회동굴이다. 지하수의 침투량이 적어 동굴천정에서의 낙수도 소량이며 종유석과 석순의 생성이 매우 느리게 형성되고 있어 정교하고 섬세한 모습을 나타내고 있다.