Ovaj objekt se prvi put spominje polovicom 1. stoljeća nakon Krista u djelu "Povijest prirode" (Historia naturalis) koju 77. godine objavljuje Plinije Stariji, a poslije i drugi autori, npr Getaldić.

Sustavna znanstvena istraživanja počinju tek od kraja 19 stoljeća, Groller (1889), Vavrović (1893), Katzer (1903), i drugi.

Najsustavnija znanstvena istraživanja špilje provodi češki znanstvenik (biolog, geograf, speleolog, paleontolog) Karel Absolon u razdoblju od 1912. do 1914. godine, kada otkriva gotovo sve danas poznate špiljske kanale.

Topografske izmjere i prvi nacrt špilje izradio je srpski geograf Mihajlo Rdaovanović (1929), dok je hidrološki šplju istraživao geomorfolog Sime Milojević (1938).

Cjelovit nacrt uz uporabu teodolita izradila je 1958. godine tvrtka Energoinvest i Speleološka udruga Bosansko-hercegovački krš.

Detalj reljefa na ulazu u špilju Vjetrenica

Najnovija istraživanja koja od 2000. godine provode speleolozi SD Velebit iz Zagreba rezultirala su otkrićem novih kanala i najtočnijim topografskim nacrtom.

Od 2005. godine provodi se monitoring koji uključuje kontinuirane izmjere temperature i pritiska zraka i vode, relativnu vlagu zraka, brzinu i smjer strujanja zraka te razinu vode.