Tapolca alatt több kilométer hosszúságú barlangrendszer rejtőzik. Ennek egy kis része a látogatható, kiépített tavasbarlang. A benne összegyűlt víz a kis barlangot föld alatti tó alakjában teszi nevezetessé. Ez tulajdonképpen nem is állóvíz, hanem lassan, majdnem észrevétlenül mozgó víztömeg, amely valahonnan a Bakony-hegységből ered és Tapolca alatt áramlik. A barlangban mindig 18 Celsius fok van. 1903-ban fedezték fel, amikor Tóth Pál tapolcai pék, Németh Ferenc kőműves és Bíró Gyula kutat akartak ásni. Ekkor bukkantak rá a mélyben rejtőző üregekre. A pék nem mert leereszkedni, ezért egy kacsát dobott a barlangba. A legenda szerint a szárnyas a közeli Malom-tónál bukkant a felszínre sértetlenül. Mivel a barlangjáratok a föld alatt összeköttetésben állnak távol lévő felszíni formákkal is, a legenda meglehet igaz történetet tárgyal.

A tapolcai tavasbarlangot Magyarországon elsőként villannyos világítással lehetett meglátogatni 1912-től.  A karsztvíz által kialakított barlangrendszer 270 méter hosszú szakasza járható be szárazon és vízen. Lehetőség van csónakázásra, viszont mindenkinek maga kell eveznie, ami nem is annyira könnyű feladat a több helyen is leszűkülő járatokban. Előfordulhat az is, hogy annyira szűk a földalatti járat, hogy evezővel lehetetlen előre hajtani a hajót, csak kézzel lehet evezni. A miocén kori tenger körülbelül tizennégy millió évvel ezelőtt alakította ki a barlang  rétegsorát, amelyek a felszín alatt mindenhol egyforma mélységben helyezkednek el. Mivel a terület kis mértékben, fokozatosan észak felé emelkedik, a tavasbarlang legnagyobb része víz alatt fekszik, de a felsőbb részek járatai, mint például a Kórház-barlang szárazak. 1906-ban Myskowszky Emil vizsgálta Tapolca és környékének geológiai jellemzőit és a barlangot is feltérképezte. Arra  a következtetésre jutott, hogy a járatok összeköttetésben lehetnek a Bakony-hegységgel, ugyanis a Tapolca alatti barlangok csupán egy oldalág a sok közül. A főjárat mellett a kőzetek lejtése olyan kis mértékű, hogy a mellékjáratokban egyáltalán nem látható a víz áramlása, amely valójában hévíz. Így sok kutató szerint a forrás ugyanott lehet, ahonnan a Hévízi-tó is kapja  a vizét. Egyelőre nem tudni a pontos választ, mert a teljes barlangrendszert még nem fedezték fel. Az sincs kizárva, hogy a hévíz a barlangba nem egy, hanem több ponton át jut be. 

A  barlang falait egyes helyeken kis kalcitból és aragonitból álló kristályok bevonatai borítják. Három szint különíthető el, melyek közül a felső  négy méterrel magasabban van, a második pedig a jelenlegi vízszinttől kettő méterrel lejjebb található.  A harmadik,  nagyjából húsz méter mélységű szint nagyrészt felderítetlen, mert fel lettek töltve a járatok tisztításakor. A földalatti vizekben furcsa apró halakat találtak, melyeknek neve fürge cselle vagy népnyelven csetri. A hal jelenléte talán azzal magyarázható, hogy a barlang egyik tava kapcsolódhat a Tapolca közepén fekvő Malom- tóval. Az 1970-es évek közepétől a barlang vízszintje fokozatosan süllyedt a közeli bauxitbányászat karsztvízkiemelő tevékenysége miatt. A későbbiekben felfedezett nagyobb járat  Darányi Ignác földművelésügyi miniszterről kapta a nevét, majd nem sokkal később, 2015-ben látogatóközponttá nyilvánították a természeti különlegességet.