早在100多年前，居住在当地的人们便进入洞穴系统的部分洞段采炼硝矿，他们的足迹已经深入到了当时一般人所不能到达的地方，算得上是对双河岩溶洞穴系统进行过探险的先行者。
对双河溶洞进行系统全面的科学研究，始于20世纪80年代。 1986年，贵州省著名的地质学家杨汉奎教授等就对该洞穴系统做了初步考察研究，从洞穴发育的地质、水文、地貌条件，认为这个洞系具有较高的研究价值和广阔的开发前景。
1988年夏，贵州山地资源研究所与日本国秋田大学、东京都农业大学、早稻田大学及大阪教育大学等著名学府组成“中日青年洞穴联合考察队”，对双河溶洞区域进行了系统的野外调查、探测及探险工作，发现了一些有价值的洞穴，测绘了部分洞段，测量长度25公里。
1992年8 月，贵州山地资源研究所、贵州省洞穴协会应绥阳县人民政府邀请，对双河洞穴系统又进行了全面的区域调查和测量工作。这次考察，将双河洞穴系统的实测总长度从25公里提高到35.2公里，
1994—1996年，贵州省山地资源研究所在贵州省洞穴协会的协助下承担了贵州省科学基金项目“双河洞系成因及古环境研究”。全面系统地调查了双河洞穴系统的区域地质、地貌和水文环境，重测了部分洞段的洞穴图，增测了新发现洞段（红罩子洞），使洞穴总长度度达到了37.5公里。
1998年，法国国家科研中心地理学家理查德迈耶博士应贵州省洞穴协会邀请，对洞穴及附近有关区域进行了考察。
2001年，在理查德迈耶博士的推荐下，法国洞穴联盟、法国国家科研中心派出6名洞穴学家，与贵州山地资源研究所、贵州省洞穴协会的4名专家共同组成 “中法联合洞穴科学考察队” 在双河洞区调查、测量20余天，将洞穴长度从35.2公里提高到50.5公里。
2003年元月，民革贵州省委员会在省政协九届一次会议上重点提出了上述调研报告的建议案。
2004年8月，法国洞穴联盟、贵州省洞穴协会6名专家对双河洞国家地质公园的地表进行了大规模调查，明确了168个洞穴的具体位置。2004年3月19日，第三批国家地质公园授匾大会在北京举行，贵州绥阳双河洞获得国家地质公园称号。
2005年3月，中法11名洞穴专家再次对双河洞进行探测，双河洞长度达到85.29公里，位居世界长洞排名的第20位。
2006年，双河洞被《环球时报》等全国32家都市类报纸评为“中国最值得外国人去的50个地方之一”，是贵州省唯一入选金奖景区。
2011年4月7日—5月9日，贵州省喀斯特资源环境与发展研究中心洞穴专家和法国洞穴专家组成中法联合考察队，对双河洞国家地质公园等喀斯特洞穴进行了考察。 考察中发现并测量了多座新洞穴，并成功地将新洞穴与双河洞洞穴连通后，使双河洞系统实测总长度达到138.409公里。
2012年10月3日，中外科学家组成的科考队对双河洞洞穴系统中一处新生成的名为龙塘子水洞的洞穴展开综合科考。科考队伍进入龙塘子水洞，开展为期3天的考察，寻找未知的洞穴生物，并验证龙塘子水洞是否与其它已知的洞穴相连 ，同时中央电视台连续一周对科考活动进行实况播出，双河洞被中央电视台授予“喀斯特天然洞穴博物馆”“地心之门”殊荣。
2014年12月1日—20日，中法洞穴专家对双河洞进行第14次联合科考，洞穴长度更新为161.788公里，双河洞成为名副其实的“世界最大的白云岩洞穴”“世界最大的天青石洞穴”，“中国排名第一，亚洲第二，世界第十一位”的巨长溶洞。据洞穴专家预测，双河洞的理论长度应大于200公里，将超过189公里的马来西亚瓜爱尔杰尼赫洞的长度，成为亚洲第一长洞。在此次探洞过程中，专家还在洞内发现了珍贵的大熊猫化石和疑似犀牛化石。
