A Pilis nyugati lejtőjén kialakult barlangtestvérek teljesen azonos jellegűek, kutatástörténetük is nagyrészt megegyező. A két barlang Klastrom-puszta fölött, 420 m tszf. magasságban, egymástól 50 m-re nyílik. Az északi kisebb nyílás a Leány-barlangé, a délibb tágasabb pedig a Legény-barlangé.

A helybeliek által régebben Chlapec-barlangnak nevezett Legény-barlang kutatása ősrégészeti ásatással kezdődött. A Magyarhoni Földtani Társulat Barlangkutató Bizottságának megbízásából 1912 májusában Bella Lajos és Kadic Ottokár kezdett munkához. Előbb Bella Lajos a Leány-barlangból válogatta ki a kincsásók által kiszórt agyagból a régiségeket, Kadic Ottokár pedig az üregek felméréséhez kezdett hozzá, majd próbagödröt mélyített a Legény-barlang bejárati termébe. Bella igazgató megállapíthatta, hogy "a szóban lévő barlang a neolit-, bronz- és hallstatti korban, különösen pedig az utóbbi folyamán, ismételten a praehistoricus ember lakóhelyéül szolgált". Az ásatások alkalmával előkerült csontmaradványokban a feldolgozó Kormos Tivadar két, állatföldrajzi szempontból érdekes fajt mutatott ki: a földi kutyát és a hiúzt.

A húszas évek végén és a harmincas évek elején a turista-irodalomban többször szerepelnek e barlangok, főleg a megközelítésüket elősegítő utak kiépítésével. 1936-ban a Természetbarátok Turista Egyesület barlangkutatói Venkovits István vezetésével részletesen leírták a Legény-barlangot, s új felfedezésekkel annak hosszát jelentősen megnövelték. Mint Venkovits 1936-ban a Barlangvilág című, népszerű szakfolyóiratban leírta, "felmérés közben találtunk olyan eróziótól létrehozott kürtőt, amely valószínűleg a víz mélyebb rétegekben való távozásának egyik útja lehetett. Követtük a 8 m mély aknát, de hatalmas törmelékhalmaz zárta el utunkat. Amint reménytelenül turkáltunk a kövek között, az egyik elmozdítás után éles légáramlat sivított ki az ökölnyi nagyságú lyukból. Annyira kitágítottuk a nyílást, hogy nagyobb követ dobhattunk le. Végtelennek tetsző idő múlva hallatszott leesésének elhaló döreje. Nehéz munka után annyira kitágítottuk az utat, hogy egy ember áttörhetett rajta. Négy-öt méter után az oldalfal annyira összeszűkült, hogy véséssel kellett utat törni. A vésés sikerült és a szűk rész után az út kibővült, úgyhogy most már állva lehetett továbbhaladni. A meredek esésű, de nem függőleges járatnak a talaját törmelékhalmaz borítja, amely egyszersmind az utat elzárja. A légáramlás itt is erős, a cseppkőképződés viszont csekély. További bontás után szabaddá tettünk egy szűk, a mélységbe nyúló folyosót, ez 20 m után teremmé szélesedik, amely szebbnél szebb cseppkövekkel van díszítve. Vízszintes szakaszát vastag iszapréteg borítja. Nem sokáig kell itt keresnünk az út folytatását, mert a jól érezhető légáramlás elvezet bennünket a feketén ásító, sima falú kürtő széléig. Gondos kötélbiztosítással leereszkedtem a függőleges, majd kissé áthajló kürtőbe, és 30 m mélységben hatalmas terembe értem. Ezzel eljutottam ennek a járatnak jelenleg ismert legmélyebb szintjéig". E kutatással gyakorlatilag feltárult a ma is mintegy 350 m hosszúságban és 60 m mélységben ismert barlang.

A későbbiekben, 1953-1954-ben, Leél-Őssy Sándor vezetésével elkészült mindkét barlang új térképe s geomorfológiai feldolgozása. Vizsgálataik szerint a Legény-barlang teljes egészében a jól karsztosodó, felső-triász korú dachsteini mészkőben alakult ki. Keletkezését nagymértékben elősegítették a tektonikus mozgások. Különösen a bejárati teremnél, a mögötte fekvő keskeny hasadéknál, valamint a Sárkány-lyuknál szembetűnő ez a hatás. A barlang formakincsére az ágas-bogas, labirintusos alaprajz, a nagy termek és szűk szorítók jellemzők. Több helyen megfigyelhetők gömbfülkeszerű beöblösödések. Valószínűleg eredetileg hévizes barlang, amely később karsztos forrásbarlanggá alakult át. Az elmúlt években számos barlangkutató csoport vizsgálta a Legény-barlang rendszerét, s közülük a Vörös Meteor Foton csoportja a bejárati terem után vasajtóval le is zárta.

A Leány-barlangra először Bekey Imre Gábor irányította a figyelmet 1911-ben. Ennek nyomán végezte Bella Lajos 1912-ben régészeti ásatását, amikor is az őskori cseréptöredékek mellett a pénzhamisítók különböző eszközeit is megtalálta. Később a Magyar Turista Egyesület támogatásával Kadic Ottokár végzett benne ásatást, de az kizárólag a Pitvar humusztakarójának kiaknázására szorítkozott. Ebben a "neolit kortól kezdve fölfelé, majdnem minden őstörténelmi időszakból valami emléket találunk" - írta Kadic. A Leány-barlang Kadic által ismertetett részén túl Schönviszky László és Kiss Miklós kötélen leereszkedve feltárta, majd feltérképezte a további szakaszokat. Jóval később, Leél-Őssy Sándor munkássága révén készült térkép szerint, a barlang hosszúsága kb. 200 m. A bejárat és a legmélyebb pont közötti szintkülönbség 40 m. Formakincse, keletkezése megegyezik a Legény-barlangéval. Mint Leél-Őssy megjegyezte: "a természetben igen ritka két formának ennyire azonos és szimmetrikus volta. Nagyon valószínű, hogy a múltban a két barlang összefüggött egymással, és csak utólag tömődött el az összekötő járatuk."