A Szemlő-hegyi-barlangnak sok jellegzetessége van. Ez volt az első nagyméretű "hévizes" barlang, zsúfolásig tele szokatlan formájú ásványokkal. Mind a mai napig erről a barlangról áll csak rendelkezésünkre mérnöki pontosságú, minden igényt kielégítő térkép, amelyet amatőr barlangkutató, a bőrdíszműves polgári foglalkozású Horváth János készített.

Felfedezésének közismert története úgy kezdődött, hogy 1930. szeptember elején Miklóssy Géza gyógyszerész szemlő-hegyi telkén kőfejtés közben a munkások üregre bukkantak. A beomlott nyíláson bedobott kövek hosszabb gurulásából arra lehetett következtetni, hogy a feltárult üreg nagyobb mélységbe vezet. Mivel a tulajdonosnak semmilyen eszköze s talán kedve sem volt a barlang bekúszásához, a Budapesti Egyetemi Turista Egyesület Barlangkutató Szakosztályához fordult azzal a kéréssel, hogy kutassák át az újonnan felfedezett mély üreget.

Az Egyesület akkori elnöke, Sebős Károly és főtitkára, Futó András örömmel vállalkozott erre a feladatra, s szeptember közepén teljes felszereléssel kiszálltak a helyszínre. A kőtörmelékkel kitöltött nyílásba leereszkedve, a szűk hasadékon átkúszva, a kutató diákok meredek lejtésű, csatornaszerű folyosóba jutottak, amely 24 m távolságban agyaggal és törmelékkel annyira el volt zárva, hogy feltáró munka nélkül itt továbbmenni nem tudtak.

Szeptember végén a Szakosztály új elnöke Kessler Hubert lett, aki Futó András társaságában felkereste a barlangot, most már azzal a szándékkal, hogy a törmeléktorlaszt kibontva megkísérlik a továbbjutást. Ez aránylag csekély munkával sikerült is, s még aznap bejárták a barlang legfontosabb részeit. A következő napokban Kessler elkészítette a barlang térképvázlatát, s első benyomásairól hamarosan cikket jelentetett meg a Turistaság és Alpinizmus című lapban.

A barlang feltárására, rendezésére és idegenforgalmi kezelésére 1937. évi május hó 19-én, a Magyar Barlangkutató Társulat kebelében "Szemlőhegyi Bizottság" alakult, ennek elnöke a barlang tulajdonosa: Miklóssy Géza gyógyszerész lett. Később a Székesfőváros anyagi támogatásával bővítették, kényelmesebbé tették a barlang bejárását, s javaslat született arra, hogy a természeti ritkaságot Kadic Ottokárról nevezzék el. A tulajdonos közben vonakodott az idegenforgalmi kötelezettségek betartásától, a tárgyalások sikerét a "tulajdonos csökönyös magatartása" meghiúsította. A felfedezést követő évek viszontagságai következtében a barlang hosszú időre szabadon állt a pusztítás előtt, s a rendszeres kutatást csak 1958-ban indította el a Kinizsi csoport Palánkai János vezetésével. Előbb az Óriás-folyosó nyugati végét elzáró 30 m magas omladékhegynél, az ún. Halál-folyosóban láttak munkához. Utóbbi nevét azért kapta, mert a megelőző munkálatok idején az itt dolgozókat állandó életveszély fenyegette. Az omladékon átjutva felfedezték a Föld-szíve-termet. Az 1958. évi kutatások máshol is sikerrel jártak, mert a csoport többi része a Kuszodán túl mintegy 60 m hosszú ágat tárt fel, amely néhány ponton annyira elszűkült, hogy csak hasonkúszva lehetett továbbmenni. A közbenső kis termeket mindenhol hófehér színű aragonit borította. Az új szakasz vége a márgával teljesen kitöltött "Csengő-terembe" torkollott. Hosszú ideig nem tudtak továbbjutni a terem végét jelentő szűkületen, de november elején egy véletlenül megrúgott kő egy kalcitlemez alá gurulva nem állt meg, hanem a hangja után ítélve nagyobb terembe esett. A nyomában talált ökölnyi lyukat a kutatók kivésték, s bejutottak a barlang legszebb részébe, a Közgyűlés-terembe. Három oldalát fehér, a negyediket vörös színű képződmények borították. A Kinizsi barlangkutatói boldogan zárhatták a jelentésüket azzal, hogy "az 1958-ban felfedezett barlangrészekkel a 28 éve ismert barlang eddig feltárt szakaszait majdnem egy kilométerre növeltük".

Az 1958-ban feltárt új barlangágak felmérését 1959-ben a Vörös Meteor barlangkutatói kezdték el, s megállapították, hogy a "Föld-szíve"-szakasz teljes hosszúsága 219 m, s a bejárathoz viszonyított legmélyebb barlangi pont a Közgyűlés-teremben van, 44,2 m-rel.

Az 1960-as évek elején a Kinizsi barlangkutatói főleg a bejárat közeli, ún. Kinizsi-kútban folytattak évekig agyagkitermelést, s azt remélték, hogy a 13 m mélyen húzódó Egyetemi-szakasszal sikerül az összeköttetést megtalálniuk. Ugyanekkor készítette el, 1961-1962-ben a barlang legpontosabb, s egyben a magyar barlangok közül a legrészletesebb térképet Horváth János. A barlang járataiban sorszámmal ellátott 74 db alumínium táblácskát helyeztek el azonosítási pontként, s közben kb. 570 műszeres és 380 mérőszalagos mérést végeztek. A járatkontúrok és a 117 keresztszelvény megrajzolásához mérőléccel mintegy tízezer pontot mértek be. Az elkészült térképet bemutatták az 1965. évi országos térképkiállításon, s ugyanebben az évben publikálták is a Karszt és Barlang című szakfolyóiratban. A barlang összhosszúsága 1962 m-nek, a járható alapterület 1900 m²-nek, az üreg légtere 5760 m³-nek adódott. Később, az 1970-es évek második felében hivatásos bányamérők újból felmérték a barlang egyes szakaszait, s meggyőződhettek arról, hogy az "amatőr" munka olyannyira pontos, hogy arra nyugodtan tervezhettek mesterséges tárót, aknát.

1973-ban újból a nagyközönség figyelmének központjába került a Szemlő-hegyi-barlang, mert a Magyar Televízió bevonásával 30 napos föld alatti táborozást rendeztek, amely az első ilyen jellegű vállalkozás volt hazánkban. Ugyanebben az évben a kutatóknak sikerült a Hosszú-folyosóból kiindulva egy új, összesen 80 m hosszú barlangjáratot is feltárniuk.

Kisebb felfedezések azóta is történtek, mint 1978-ban egy 18 m-es járat feltárása, amely a Kuszoda végpontjához vezet, de jelentős új szakaszokkal nem sikerült növelni a barlangot.

A Szemlő-hegyi-barlangot - a könyv írásakor még tartó kiépítés előtt - a Barlang u. 8. sz. telken kiképzett ajtón át, az eredeti felfedező ágon át közelíthetjük meg. A bejárati szakaszt az 50 m hosszú, valószínűleg ősi forrásjárat, az Örvény-folyosó alkotja. Ennek délnyugati folytatásában az Oldal-folyosóba, a felső tízméteres kürtőn át a Kinizsi-szakaszba, a hasadék feltöltése mellett a Rózsalugasba, az átjárón át pedig az Óriás-folyosóba jutunk. Ez utóbbi a barlang legnagyobb folyosója, melynek falait vastagon borítják a kővirágszerű kristályfürtök. Az Óriás-folyosó felett 41 m hosszúságban húzódik a nehezen járható, szűk kúszóág, a Sárga-szakasz; balra a Hosszú-folyosó bejárata, jobbra az oldal-folyosó nyílik, amelynek átjárója volt a híres, felfedezése idején kristályokkal zsúfolt Gyémánt-fülke. Az Óriás-folyosó folytatása az 1958-ban felfedezett Kadic-szakasz a Föld-szíve-teremmel, s legmélyebb pontján a Magyar Karszt- és Barlangkutató Társulat alakuló közgyűléséről elnevezett 9 m hosszú Közgyűlés-teremmel.

Az Óriás-folyosóval párhuzamosan futó, abból nyíló, de ellenkező irányú, változatos szelvényű főjárat a Hosszú-folyosó. Az ásványok itt olyan gazdagságban borítják a falakat, hogy sok helyen szinte teljesen elzárták a továbbvezető utat, mint azt a Tű-foka nevű, egykor rendkívül szűk nyílásnál is. A Hosszú-folyosóból indul a két szintű járatrendszer, a Kuszoda.

A barlang idegenforgalmi bemutatására az 1970-es évek végén, hosszú és nehéz előkészítő, meggyőző munka után, megkezdődött az építkezés az Országos Természetvédelmi Hivatal megbízásából. A Szemlő-hegyi-barlang, a többi nagy budai barlanghoz hasonlóan, eocén nummulitiszes mészkőben keletkezett, de a felszínhez közelben húzódó hasadékai elérik a fedő briozoás márgát. A barlang lényegében két, északkelet-délnyugati irányú, egymással párhuzamos, jellegzetesen tektonikus eredetű hasadékból áll. A folyosók általában szűkek, de gyakran kiöblösödnek. A többi közeli nagy barlanggal való hasonlóságát valószínűleg keletkezési körülményei is alátámasztják. A sajátos oldási formák, különösen az ásványgazdagság arra vezette már az első kutatókat is, hogy e barlangot az egykori hévizek tágították ki, majd borították el ásványokkal. Sokan a bejárati Örvény-folyosót a hévíz feláramlási pontjának tartják, míg máshol a hegységszerkezeti mozgások révén keletkezett hasadékok adják meg a barlang jellegzetes formakincsét. Feltehető, hogy a hévizek barlangtágító tevékenysége a pliocén végén, pleisztocén elején zajlott le, hasonlóan mint a közeli, mindössze 40 m szintkülönbséggel fekvő Ferenc-hegyi barlang esetében. Hidrotermális ásványi kitöltése nagyon sokrétű és gazdag. A barlang üregeiben a mészkőréteg felületén limonit, gejzirit változatos megjelenésű és keletkezésű kalcit, montmilch, borsókő, aragonit, gipsz és agyagásványok ismerhetők fel. A felfedezés idején különösen a kőrózsák voltak rendkívül szembetűnők, amelyek helyenként kelvirágra, szőlőfürtre vagy mohára emlékeztettek. Különlegességük nem abban állt, hogy más barlangokból nem ismertük, hanem a hirtelen gazdag tömeges megjelenésük volt megdöbbentő. Már Kesslernek és Kadicnak is szembetűnt, hogy a kőrózsák az összes barlangrészben csak bizonyos magasságig találhatók meg, fölöttük a magasba nyúló sziklafalak kristályoktól, képződményektől mentesek. Mindebből arra következtettek, hogy a barlang üregeit hosszú ideig víz töltötte ki, s az ásványok az oldott sókban gazdag meleg vízből, a víz felszínén, illetve a víz alatt váltak ki. A barlang szerkezetét, morfológiáját, ásványos és üledékes kitöltéseit együttesen értékelte 1964-ben Berhidai Gyula, s jellegzetes mintaszelvényként vizsgálta az Óriás-folyosót. Megállapította, hogy a szűk tektonikai hasadékok azokon a helyeken, ahol valószínűleg a hévforrás feláramlása erősebb volt, s a hasadékok metszéspontjain az üregrendszer termekké szélesedett ki. A nagyobb termek, de az egész barlang járószintje, talppontja közel egy magasságban fekszik, ami a kioldódás egykori szintjét jelzi. Az alsóbb részeken a hasadékok járhatatlanul elszűkülnek. Az Óriás-folyosó keresztszelvényében törvényszerűen megfigyelhető az alsó elkeskenyedő, törmelékkel kitöltött talppont, felette a járható folyosószakasz, dús ásványi kiválásokkal. Az ásványos szint felett kezdődik a látható és elkeskenyedő hasadékrész, simára korrodált sziklákkal, helyenként márgás kitöltésekkel, majd a barlangot felülről a keskeny hasadékok mentén kialakult gömbfülkék zárják le.

A Szemlő-hegyi-barlangban valódi, tömör szerkezetű, sztalagmitokból, sztalaktitokból vagy oszlopokból álló cseppkövet alig ismerünk. Ezek, ha kis mennyiségben meg is találhatók, már a melegvizes ásványlerakódási szakasz után, a leszivárgó vizekből váltak ki. Ezért is nevezték régen a barlangot aragonitbarlangnak, mert eltérően a hazánkban általánosan elterjedt kalcit alapanyagú cseppkövektől, itt az első vizsgálatok szerint aragonitásvány fordul elő, s egyáltalán nem a klasszikus cseppkő formájában.

A barlang egyes szakaszait elmállott márga, mésztufa, barlangi agyag és törmelék tölti fel, a kőomlások maradványai igen gyakoriak. Mindezek a jellegek azt mutatják, hogy a barlang már túljutott fejlődésének első tágulási, majd ásványokban gazdagodó szakaszán, s belépett a pusztulás fázisába, amikor a barlangjáratok a felszínt megközelítve, gyakran beomlanak. Ettől ugyan néhány emberöltőnyi távolságban nem kell tartani, de attól igen, hogy még fel nem fedezett, bizonyosan létező szemlő-hegyi üregek a terület beépítésekor sok bosszúságot fognak okozni az építtetőknek, de ugyanakkor örömöt a barlangkutatóknak.