Scoperte nel 1926 dal barone Carlo Franchetti e divenute turistiche già l'anno successivo, sono gestite dal Consorzio Grotte Pastena e Collepardo.

Le cavità risalgono al Mesozoico (fra gli 80 e i 50 milioni di anni fa) e sono suddivise in due rami: quello "attivo" inferiore e quello "fossile" superiore. Quest'ultimo è definito fossile dato che il processo di stillicidio è terminato da diverse migliaia di anni. Per tutta la grotta si possono individuare stalagmiti e stalattiti, talvolta sotto forma di "vela", le quali possono impiegare oltre un secolo per crescere di pochi centimetri, le conseguenti colonne ed anche concrezioni mammellonari.

Nella grotta ci sono zone di colore marrone ricoperte di fango a causa delle passate inondazioni e zone bianche con colate di carbonato di calcio ed occasionalmente piccoli cristalli di calcite. È presente un piccolo torrente ed una cascatella che sfocia in un laghetto il cui apice di profondità è 4 metri.

Le grotte di Pastena hanno restituito anche numerosi reperti archeologici relativi a sepolture ed offerte di carattere rituale risalenti ad epoca preistorica (Neolitico ed età del Bronzo). I materiali rinvenuti durante gli scavi, effettuati dall'Università di Perugia e dalla Sovrintendenza archeologica del Lazio tra il 2001 e il 2008, sono ancora in corso di studio e solo parzialmente pubblicati. Di notevole interesse comunque è il ritrovamento di un'ascia ed un pugnale in bronzo risalenti alla media età del bronzo (XV secolo a.C. circa) sul fondo di uno dei laghetti interni al ramo attivo delle grotte; si tratta di offerte rituali tipiche di questo periodo legate a figure maschili molto importanti all'interno della comunità.