Lage: 1 km östlich von Bad Überkingen, im Felsen des Kahlenstein, wenige Meter unter der Albhochfläche; 660 m NN
Größe: insgesamt 150 m lang, begehbar auf 72 m, Eingangshöhe 1,50 m, Eingangsbreite 2,20 m

Zunächst führt ein etwa 15 m langer Gang von bis zu 2,50 m Höhe und 2 m Breite zur leicht abfallenden, bereits in frühen Zeiten zur Rast und Übernachtung genutzten Großen Halle (14 x 7 m). Hier ist durch Deckenverbruch eine tieferliegende Höhlenetage entstanden. Am Ende der Halle verengt sich die Höhle und teilt sich in zwei Gänge, die aber nach drei Metern wieder zusammen führen. Außerdem gibt es weitere Spalten, kleine Schächte und kurze Gänge zu entdecken.

Die Kahlensteinhöhle (manchmal auch als Kahlenhöhle bezeichnet) ist die größte von etwa 50 Kleinhöhlen rund um den Kahlenstein. Sie wurde 1892 zu einer Schauhöhle ausgebaut und als solche bis etwa 1900 betrieben. Danach wurde sie sich selbst überlassen. In all den Jahren büßte sie durch Verfall, Verschmutzung (Rußspuren, Partymüll u.a.) und Zerstörung vieles von ihrer einstigen Schönheit und ihrem Reichtum an Tropfsteinen ein. Zumindest ein beeindruckender 10.000 Jahre alter Stalagmit blieb jedoch bis heute erhalten. Und am Höhlenende wachsen ganz langsam neue Tropfsteine nach.
1972 nahm sich ein neu gegründeter Verein – der spätere Kahlensteiner Höhlenverein – der Höhle an, verpasste ihrem Eingang ein Eisentor und öffnete sie an Wochenenden oder auf Anfrage.
1986/87 wurde sie komplett neu vermessen und ein Höhlenplan gezeichnet.

An Funden gab es – aus einem langen Zeitraum von der Steinzeit bis ins Mittelalter stammend – z.B. Hornwerkzeuge, Münzen, Tonscherben und viele Knochen. In der Höhle hat es das ganze Jahr über konstante acht Grad, so dass man im Winter vor Kälte geschützt war und sich im Sommer abkühlen konnte – wie auch im durch Tropfwasser gebildeten kleinen Höhlensee.