Hang Sơn Đoòng được ông Hồ Khanh, người xã Sơn Trạch (huyện Bố Trạch) phát hiện ra từ năm 1991, nhưng tới tháng 4/2009 mới được đoàn thám hiểm Hoàng gia Anh khám phá lần đầu tiên và tháng 7 cùng năm thì được công bố chính thức. Do có công tìm ra hang nên Hồ Khanh được vinh dự đặt tên cho nó và ông đã chọn cái tên Sơn Đoòng do hang nằm ở vùng Hạ Đoòng, thuộc xứ Đoòng.
Hang Sơn Đoòng được hình thành khoảng 2 đến 5 triệu năm trước, khi nước sông chảy ngang qua vùng núi đá vôi thì bị vùi lấp theo một đường đứt gãy. Dòng nước làm xói mòn và tạo ra một đường hầm lớn trong lòng đất dưới dãy núi. Tại những nơi đá vôi mềm, phần trần sụp xuống tạo thành những lỗ hổng, lâu ngày thành các vòm hang khổng lồ.
Với chiều cao khoảng 200m, có nơi lên đến 250m, rộng 200m, chiều dài ít nhất là 8,5km, hang Sơn Đoòng đã vượt qua hang Deer ở Vườn quốc gia Gunung Mulu của Malaysia (với chiều cao 100m, rộng 90m, dài 2km) để trở thành hang động tự nhiên lớn nhất thế giới.
Đặc biệt, hang Sơn Đoòng có 2 lối vào - điều rất hiếm gặp đối với các hang động đã được khảo sát ở Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng. Vào sâu trong hang, du khách sẽ không khỏi choáng ngợp trước vẻ đẹp tráng lệ và hùng vĩ của vô số đại thạch nhũ, trong đó có nhiều cột nhũ đá cao tới 70m. Trong lòng hang, tại một điểm mà các nhà thám hiểm gọi là Vườn địa đàng, du khách sẽ bắt gặp một cánh rừng nhiệt đới kì vĩ, chan hòa ánh sáng với màu xanh ngút ngàn của cỏ cây và nhiều loài động vật như: chim, rắn, sóc, khỉ. Ngoài ra, trong hang còn có một dòng sông ngầm dài khoảng 2,5km. Dòng chảy của con sông đã mang đến những chiếc vỏ sò, tích tụ thành lớp trên lòng sông. Cách Vườn địa đàng không xa còn có “bộ sưu tập ngọc trai” khổng lồ bao gồm hàng vạn hòn đá tròn, nhỏ nằm lẫn giữa các kẽ đá trong lòng những chiếc ao cạn. Cứ vào mùa mưa, tinh thể canxi trong nước lại bao bọc những hạt cát nhỏ để tạo thành những “viên ngọc trai” khổng lồ, tô điểm thêm cho vẻ đẹp kỳ vĩ của hang động này.
Ngay sau khi được công bố, hang Sơn Đoòng đã nhanh chóng thu hút sự quan tâm, chú ý của nhiều hãng thông tấn lớn trên thế giới và đã được tạp chí National Geographic (Mỹ) đăng tải một số bài viết ca ngợi. Hang cũng đã được hãng tin BBC (Anh) bầu chọn là một trong những hang động đẹp nhất thế giới, trở thành niềm tự hào không chỉ của người dân Quảng Bình mà còn của cả người dân Việt Nam.