نخستین بار در بهار سال ۱۳۳۱ خورشیدی گروهی از سرشناس ترین کوهنوردان ایران از اعضای باشگاه "نیرو راستی" اقدام به کشف و بازدید غار کتله خور کردند. یکی از اعضای زنجانی گروه نامبرده به نام سید اسدالله جمالی اقدام به ثبت رسمی غار کرد. از آن پس غار کتله خور به عنوان پدیده شگرف طبیعی مورد توجه علاقه‌مندان غارنوردی قرار گرفته است.

ساختمان در زیر کوه کتله خور قرار گرفته و از پایین دست دهانه آن رود شور که از شعبات فرعی قزل‌اوزن است جاری است. غار در منطقه مستطیل شکلی به ابعاد ۲۰۰۰×۱۵۰۰ متر به‌وجود آمده‌است. در محل یادشده عملکرد هوازدگی مکانیکی و نیروهای درونی به کمک یکدیگر تعدادی ترک یا گسل متقاطع را در محدوده داخلی این فضا به وجود آورده و به دلیل فراهم شدن سایر شرایط، فرایند غارزایی شروع شده‌است. دهانه غار در ارتفاع ۱۷۰۰ متری از سطح دریا قرار دارد و اختلاف ارتفاع آن با ارتفاع چشمه‌ای که آبهای فرورو حاصل از ریزش جوی غار را خارج می‌کند و به رود شور می‌ریزد، ۵۰ متر است.

ورودی غار یک دهلیز ۴۰۰۰ متری بوده با سقفی کوتاه و فاقد غار سنگ و چند دهلیز فرعی، پس از دهلیز فرعی یک دالان وسیع ۹۵۰ متری با سربالایی‌هایی به ارتفاع ۲ متر و گودال‌های خشک قرار دارد که با دو شاخه ۵۰ متری ادامه پیدا می‌کند و پس از عبور از یک سربالایی به تالار وسیعی پوشیده از چکنده و چکیده و ستون می‌رسد. در داخل تالار کوچک بلورین، که به تالار ستون‌ها چسبیده چاهی به عمق ۸ متر قرار دارد که احتمالاً محل خروج آب‌های فرورو سازنده غار است.

در حال حاضر این غار به سه بخش فرهنگی، تفریحی و ورزشی تقسیم شده‌است. بخش ورزشی آن که تنها مورد استفاده غارنوردان و صخره‌نوردان قرار می‌گیرد، حدود ۴ کیلومتر است که البته هنوز انتهای آن کشف نشده‌است. بخش تفریحی غار نیز که جهت بازدید عموم مورد استفاده قرار می‌گیرد حدود ۲ کیلومتر مسیر مستقیم است که گفته می‌شود این مسیر تنها ۳/۱ کل غار است. بخش فرهنگی غار نیز در بخش جنوبی آن قرار دارد. قسمت اصلی آن دالانی است طبیعی که جهت برگزاری مراسم‌های مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد. البته این دالان هیچگونه راه خروجی به بیرون نداشته و راه خروجی آن به صورت مصنوعی کنده شده اما خود دالان تماماً طبیعی بوده‌است.

غار کتله‌خور ازلحاظ کیفیت بلورها و قندیل‌ها، زیبایی و تعدد طبقات اولین غار آهکی جهان شناخته شده‌است که توسط سرمایه‌گذاری بخش خصوصی و هزینه شخصی به نام مهندس عالی که مهندس عمران فرمانداری زنجان بود در طول پنج سال آماده بهره‌برداری گشت. از بهره‌برداری اولیه این غار چیزی حدود ۱۵ سال می‌گذرد که البته هنوز هم کاوش و فعالیت برای آماده‌سازی سایر قسمت‌های غار برای بازدید ادامه دارد.

غار کتله‌خور غاری است آهکی که در برخی نقاط آن گِل رُس و خاک‌های حاوی اکسیدآهن قابل مشاهده است. این غار ازنظر سنی تقریباً هم‌سن غار علیصدر همدان است؛ البته این دو غار از دو جهت با هم تفاوت دارند؛ یکی اینکه غار علیصدر همدان غاری است کاملاً آبی، حال آنکه غار کتله‌خور زنجان غاری است تقریباً خشکی. دوم اینکه آهک‌های غار کتله‌خور نسبت به آهک‌های غار علیصدر بسیار خالص‌تر هستند که این خود عاملی است جهت زیباتر شدن غار، چراکه خالص بودن آهک‌ها موجب شفافیت آنها و درنتیجه عبور نور از قندیل‌ها می‌شود.

یک نکته جالب توجه در رابطه با غار کتله‌خور این است که شواهد و بررسی‌های انجام شده مؤید این موضوع است که این غار در نهایت به غار علیصدر در همدان متصل می‌شود. همچنین یکی دیگر از عجایب و زیبایی‌های این غار تعدد طبقات آن است که اینگونه غارها در جهان بسیار کم‌نظیر هستند. گمان می‌رود که این غار دارای ۷ طبقه باشد که البته تاکنون تنها ۳ طبقه آن کشف شده است.

حدود ۷۰۰ متر اولیه غار قطری حدود ۷۰ سانتیمتر داشته‌است به‌طوری که رهنوردان اولیه غار این مسیر ۷۰۰ متری را سینه‌خیز طی کرده و مسیر خود را با علامت گذاری مشخص کرده‌اند. ۱۰۰ متر ابتدای غار محل زندگی انسان‌های نخستین بوده‌است که این موضوع را اسکلت ۸۰ انسانی که در این محل پیدا شده‌است تأیید می‌کند. گفتنی است که این اسکلت‌ها همچنان در این محل نگهداری می‌شوند. این غار دارای بخش‌های دیگری است که به ترتیب می‌توان میدان شیر خوابیده، میدان بیستون، میدان چهل‌ستون، سه‌راهی کوهی، میدان پنج‌شیر، تالار عروس، تونل قندیلی، اتاق عقد، پای فیل، شتر باجهاز، عروس و داماد، میدان شمع، دوجادوگر، نخل سوخته، میدان مریم مقدس و... را نام برد. تمامی این بخش‌ها حاصل تجمع‌های مختلف آهکی است که هرکدام براساس شباهتی که به یکی از اشیاء اطراف ما داشته‌اند به این اسامی خوانده می‌شوند. از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این غار می‌توان وجود ستون‌های آهکی عظیم را نام برد که حاصل به هم پیوستن استالاکتیت‌ها و استالاگمیت‌های آهکی هستند که باعث شده‌اند که این غار خود نگهدارنده خود باشد یعنی اینکه این ستون‌های عظیم نقش نگهدارنده‌هایی را بازی می‌کنند که مانع از فروریختن سقف غار می‌شود.

این غار در مراحل اولیه تشکیل خود غاری آبی بوده‌است که دراثر انحلال آبی گاهی اوقات توده‌های عظیمی از سنگ‌ها از توده اصلی جدا شده‌اند. تشکیل طبقات متعدد این غار باعث شده‌است که آب به طبقات زیرین نفوذ کرده و عملاً غار تبدیل به غاری خشکی گردد. از دیگر ویژگی‌های بارز این غار می‌توان وجود قندیل‌های زیبا و شفاف آهکی و استالاکتیت‌های گُل‌کلمی را نام برد.

وجود چشمه‌های آب بسیار زلال در اطراف این غار و حفره‌های متعدد طبیعی هم از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این غار است. علاوه بر تمامی این مسائل در غار کتله‌خور همان طور که پیشتر آمد می‌توان تجمع‌های متفاوتی مشاهده کرد که یکی از این تجمع‌های زیبا و جالب‌توجه استالاگمیت‌هایی است که بسیار شبیه عروس و داماد هستند و به همین اسم نامگذاری شده‌اند.

این غار درطول ۱۲۰ میلیون سالی که از عمرش می‌گذرد دستخوش تغییر و تحولات بسیاری شده‌است که برخی طبیعی و برخی هم مصنوعی بوده‌است. از تغییرات طبیعی این غار می‌توان شکستگی‌های حاصل از زمین‌لرزه‌ها، گسل‌خوردگی‌ها، لغزش‌ها و ریزش‌ها را نام برد.