Мамонтова пещера не имеет никакого отношения к мамонтам. По-английски, имя прилагательное mammoth имеет два значения: «мамонтовый» и «огромный». В данном случае имеется в виду именно гигантский размер пещеры — точнее, размеры некоторых проходов и залов около её входа. Пещера образовалась в результате карстования в толстом пласте известняка под пластом песчаника породы Биг-Клифти (англ. Big Clifty Sandstone). Пласт водонепроницаемого песчаника действует как крышка и защищает пещеру от просачивающейся воды. Благодаря этому, верхние проходы пещеры очень сухие, и следовательно, не имеют сталактитов, сталагмитов и прочих натечных образований. Однако в ряде мест, например в зале «Замерзшая Ниагара», эрозия и трещины в песчанике позволяют воде попасть в пещеру. Пещера образовалась около 10 миллионов лет назад.[2] Была известна индейцам; спелеологи нашли несколько индейских мумий и захоронений. Открыта американскими первопроходцами в 1797 году. В 1798 году, Валентайн Саймон купил вход в пещеру для добычи калиевой селитры. Англо-американская война 1812—1814 привела к повышению цен на селитру. Предприниматели Чарльз Уилкинс и Хайман Грац выкупили пещеру и организовали промышленное производство селитры и нитрата кальция. Но после войны цены упали, добыча селитры стала нерентабельной, и пещера превратилась в туристическую достопримечательность местного значения: в ней обнаружили индейскую мумию.
В 1838 году пещеру купил рабовладелец Фрэнклин Горин. Горин назначил своего раба Стивена Бишопа гидом для посетителей. Бишоп стал первым исследователем пещеры и придумал названия многим интересным участкам. Ему первым удалось перебраться через т. н. Бездонную яму и таким образом открыть, что пещера значительно более протяженная, чем считалась раньше. Картой Бишопа, покрывающей около 16 километров проходов и галерей, пользовались 40 лет.
В 1839 году, врач Джон Кроган купил пещеру и рабов (в том числе и Бишопа) у Горина. Кроган без особых успехов попытался превратить пещеру в туберкулёзный санаторий. В 1845 году Александр Буллитт опубликовал книгу Прогулки посетителя Мамонтовой пещеры в 1844 году (Rambles in Mammoth Cave, during the Year 1844, by a Visiter).[4] Постепенно Мамонтова пещера становилась более известной, а после подведения железнодорожного и пароходного транспорта к близлежащим городам в конце XIX века, стала важной туристической достопримечательностью.
В 1920-х и 1930-х годах, властям и заинтересованным гражданам удалось приобрести — как путем покупки, так и через судебное отчуждение — земли вокруг входа в пещеру и в 1941 году создать национальный парк «Мамонтова пещера»[5].
В 1954, 1955, 1960 и 1961 годах, спелеологические экспедиции установили, что Мамонтова пещера соединяется с рядом близлежащих малых пещер: Кристальной, Неизвестной и Солёной. А экспедиция 1972 года открыла, что из Мамонтовой пещеры есть проход в пещерную систем.
В одном из нижних проходов протекает крупная подземная река Эхо (Echo River), шириной до 60 метров и глубиной до 10 метров.[3] До 1990-х годов, по реке проводились лодочные экскурсии, но были прекращены по финансовым и экологическим причинам.