秩父盆地第三紀層と秩父中古生層に属する角岩（チャート）層の境界をなす日野断層と、これに伴う小断層群とによって形成されている。断層洞は、断層破砕帯の角礫・粘土が地下水により運ばれて洞窟となったもので、洞内には断層により生じた平らな面（断層鏡肌）が見られる。その落差は1,000mに及ぶ。