A gruta de Vale Telheiro é conhecida pelas populações locais há várias décadas e sabe-se que dela eram retiradas estalactites e outras formações. As primeiras pesquisas documentadas corresponderam às realizadas na década de 60 do século XX pela arqueóloga Isilda Martins. 

A gruta desenvolveu-se no megalapiás de Vale Telheiro da primeira sala partem diferentes ramificações e a progressão revela-se complexa, com diversas condutas irregulares, desníveis e câmaras, que lhe conferem uma estrutura labiríntica. Atendendo ao seu desenvolvimento e características esta é uma das grutas mais apreciadas e visitadas pelos espeleólogos no Algarve, em que foi uma opção habitual para a realização de visitas guiadas e acções de formação/sensibilização.

Em 2016, esta Gruta foi reconhecida, através de uma publicação na Revista Science, como hotspot de biodiversidade subterrânea a nível mundial, uma classificação que implica a existência de mais de 20 espécies cavernícolas, Existem atualmente mais de 25 espécies cavernícolas reconhecidas e registadas nesta gruta, incluindo várias endémicas das quais se destaca o pseudoescorpião-gigante Titanobochica magna.