Bé que hom té notícies d’anteriors visites de l’home a innombrables coves, cal arribar a l’any 1748 per a començar a parlar d’espeleologia, gràcies a les exploracions de Nagel i Esper; aquest darrer, en descobrir en unes cavernes de Francònia una gran quantitat d’ossos fossilitzats, creà un ambient expectant que facilità els inicis de la paleontologia per Cuvier (1771). El 1840, Lindner arribà al fons de l’avenc de Trebiciano (- 322 m), i deu anys més tard Schmidt navegà per alguns rius subterranis de la regió d’Ístria; però fou Édouard-Alfred Martel (1859-1938) qui, amb els seus estudis i exploracions a més de 1 500 coves i avencs, donà sistematització a l’espeleologia i n'és considerat el fundador. Norbert Casteret fou el seu successor i figura de l’espeleologia mundial en descobrir innombrables gravats prehistòrics i una de les més antigues estàtues del món (Montespan, 1923), així com el naixement del riu Garona (1931). Actualment són nombroses les agrupacions d’espeleologia arreu del món, amb un considerable volum de practicants. Les tècniques espeleològiques han variat molt; després de les pesants escales de cordes i fustes i de les espelmes que emprava Martel, hom utilitza actualment un material més segur i lleuger, que ha permès, en pocs anys, l’exploració d’uns 20 avencs de més de 1000 m de fondària (avenc) i de coves de gran recorregut. Durant els anys cinquanta i seixanta hom emprava escales de cable d’acer i travessers d’electró, amb un sistema d’assegurança per corda lent i feixuc. A partir del 1970, han estat assolides grans millores amb la incorporació de mitjans complexos com és ara descensors, talabards, blocadors i, sobretot, la gairebé desaparició de l’escala de corda en benefici de la tècnica de “corda sola”. El descens als pous dels avencs és realitzat mitjançant ancoratges artificials (spits) i amb la tècnica del descens a doble corda o ràpel, ajudat d’aparells adients (dresler, famau, etc). En l’ascensió hom utilitza autoblocadors (jumars) que permeten de pujar ràpidament. L’equip bàsic personal és una granota resistent i impermeable, roba interior de fibres especials, botes d’aigua, casc amb llum elèctric i de carbur, talabard per a penjar-se, mosquetons, etc. A les coves amb rius subterranis hom pot emprar bots pneumàtics. Quan la cavitat resta submergida totalment sota l’aigua s’anomena sifó i aleshores cal un equip especial d’immersió per a continuar l’exploració.
Als Països Catalans, els capdavanters de l’espeleologia foren el sacerdot Gerard Joana, que el 1824 descendí fins a 65 m a l’avenc dels Pouetons (Montserrat), Ignasi Graells, que assolí 18 m a l’avenc de Castellet (1825) i Antoni Matas, a Mallorca, que el 1859 davallà a l’avenc de Son Pou (63 m). L’Associació Catalanista d’Excursions Científiques ja ressenyà una exploració de la cova de na Guilleuma (Vallès Occidental) en el primer volum del seu butlletí (1877); diverses entitats excursionistes i culturals també contribuïren a difondre aquestes activitats. El 1896 Édouard-Alfred Martel estudià les coves del Drac, de Mallorca, i entrà en contacte amb afeccionats catalans. Deixeble seu fou Norbert Font i Sagué, capdavanter de l’espeleologia científica catalana. Més tard, a la mateixa cova, les activitats d’E. Racovitza donaren lloc al naixement de la bioespeleologia amb la troballa del Thyphlocirolana moraguesi. El 1906 fou creat el Club Muntanyenc Barcelonès, primera entitat dedicada a l’espeleologia, que l’any 1909 publicà el volum Sota terra. Les exploracions de Rafael i Gabriel Amat i Carreras al massís de Garraf impulsaren de nou aquestes activitats. A Mallorca, R. de Joly baixà (1929) a nombrosos avencs. El 1935 aparegué el volum Sota terra II, amb treballs de Ramon de Semir, Francesc Español, J. F. de Villalta, etc. Després de la Guerra Civil de 1936-39, i dins el Club Muntanyenc Barcelonès, fou creat el GES (Grup d’Exploracions Subterrànies), l’agrupació espeleològica més potent del Principat; els seus membres practicaren exploracions amb nous materials i tècniques, com la de la Ferla (1949). El 1952 fou creat l’Equip de Recerques Espeleològiques (ERE), especialitzat en cavitats envaïdes per l’aigua (com la cova de na Polida, explorada el 1954). Més tard sorgiren nous grups, com el SIE del Centre Excursionista Àliga, de les Corts de Sarrià, el del Centre Excursionista Puigmal, el Centre Excursionista de Badalona, que dugué a terme interessants estudis al Pirineu Central (1961), el SIRE de la Unió Excursionista de Catalunya, de Sants, el Grup d’Estudis i Recerques Espeleològiques de Perpinyà, d’activitat dilatada (gruta de Fullà), els dels centres excursionistes de Castelló de la Plana i d’Alcoi i el Grup Espeleològic Vilanova i Piera, de la diputació de València, que ha fet el Catálogo espeleológico de la provincia de Valencia (1967), reunit per Josep Donat i Zopo. Al País Valencià l’espeleologia ha tingut una important vinculació amb les recerques arqueològiques, per la importància de l’art prehistòric que hom troba a les coves d’aquesta zona. La primera revista publicada sobre l’espeleologia fou “Spéleon” (fundada a Oviedo per Noel Llopis i Lladó el 1950 i actualment publicada pel Centre Excursionista de Catalunya). A Mallorca, la unió d’esforços de diversos grups feu possible la confecció de l'Inventari espeleològic de les Balears (1972). Periòdicament hom fa congressos i simposis sobre espeleologia. El 1970 es celebrà a Barcelona el primer Congrés d’Espeleologia de l’Estat espanyol, i el 1986 el novè Congrés Internacional.