A Tapolcai-tavasbarlangot 1903-ban fedezték fel kútásás közben, amelyet tíz évvel később a látogatók számára is megnyitottak, így hazánkban ez volt az első villanyvilágítással ellátott, és az idegenforgalom céljára is használt barlang.

A tavasbarlangot bezáró kőzet a középső-miocén kor szarmata korszakában, 13.7 millió éve képződött. Kőzettömegét tehát az egykori Szarmata-tenger üledékeiből képződött mészkő és márga rétegek alkotják.

A tavasbarlang vízutánpótlása két úton történik, amely egyben magyarázatot ad a járatok kialakulására is. A fiatal szarmata mészkő a 210-230 millió éve képződött felső-triász dolomitra támaszkodik, amelyből hideg karsztvizek érkeznek a Tapolcai-medence térségébe. Ugyanez a dolomit a felszín alatt több száz méterrel lejjebb is megtalálható, ahol – a medence tájképét alapvetően meghatározó – napjainkra kihunyt tűzhányók utóvulkáni működésének köszönhetően az oda lejutó víz kb. 40 ºC-ra felmelegszik, majd repedéseken keresztül feláramlik.

E két forrásból származó, egymással keveredve immár 18-20 ºC-os víz alakította ki a járatokat, amely a mára már nagyrészt száraz Kórház-barlang felől, északi irányból áramlik lassan a Malom-tó forrásai felé. A számos forrásszájon – a jégkorszakok óta – feltörő víz összefolyva a Tapolca-patakot táplálja. Az 1800-as évek végén medrét a felső szakaszon duzzasztással szélesítették ki. Így jött létre maga a Malom-tó, és a duzzasztás következtében csónakázhatóvá vált a tavasbarlang. A tavasbarlang élővilágának közismert és legfeltűnőbb képviselője a fürge cselle (Phoxinus phoxinus), egy apró halfajta, amelyet a tapolcaiak csetrinek hívnak.

A Tapolcai-tavasbarlang egyike volt hazánk azon alig kéttucat barlangjának, melyeket a barlangok általános védettségének kimondása előtt, már 1942-ben – hazánkban másodikként – védelem alá helyeztek. 1982. óta fokozottan védett; kiemelt védelmi státuszát geológiai, genetikai, morfológiai, hidrológiai és biológiai értékei, valamint kiterjedése indokolja.