Hang Nà Luông thuộc địa hình động karst, khoang rỗng có kích thước lớn và kéo dài, được hình thành do đá vôi vị rửa lũa bởi nước mưa len lách qua hệ thống khe nứt hay bởi những dòng nước chảy ngầm trong khối đá. Hang nằm ở độ cao 386m so với mực nước biển. Theo tài liệu tổng hợp báo cáo của Trung tâm Karst và di sản địa chất thuộc Viện Khoa học địa chất và khoáng sản Việt Nam và Hội hang động Việt - Bỉ năm 2004, Việt - Đức năm 2011 đánh giá hang Nà Luông là một hang động lớn liên thông với bên ngoài ít nhất 3 cửa hang đã phát hiện được. Cả 3 cửa đề quay hướng Nam nhìn ra suối Nà Luông, một cửa thấp (cửa 1) đi vào từ điểm xuất lộ nước (cửa này sẽ bị đóng vào thời điểm nước dâng cao) cửa thứ hai (cửa 2) rộng hơn, ở trên cao khoảng 15m so với của 1, cửa số 3 nằm cao hơn hang thường đi vào từ cửa số 2, xuất lộ do sự sụp đổ của thành hang, để lại trước cửa hang nhiều khối đá lớn. Đoạn đá sập tạo thành cửa hang có chiều cao 5m rộng 7,5m có hình cánh cung, mái vòm. Bước vào trong, trần hàng mở rộng ra, lối đi theo chiều dốc xuống, nghiêng 30⁰. Đoạn đường xuống này dài chừng 30m, hai bên có rất nhiều nhũ đá và nền hang có rêu bám kín. Sau khi đi hết đoạn đường dốc xuống phòng hang mở rộng và cao, bề mặt có nhiều khối đá tảng lớn, trong lòng hang mở rộng và cao, bề mặt có nhiều khối đá tảng lớn, trong lòng hang có nước rỉ ra từ các hệ thống khe nứt ở trần hang. Nước ở trong lòng đá lạnh ra gặp bề mặt thoáng có nhiệt độ cao hơn nên gây ra quá trình phản ứng hoá học tạo CaCo3 kết tủa, tích đọng lâu dần thành nhũ đá. Càng vào sâu nhũ đá xuất hiện càng nhiều ở trần hang và hai bên thành. Nhũ đá ở khu vực này có màu xám trắng và thường bị phủ bởi một lớp bụi đen. Đoạn cuối của phòng hang này xuất hiện nhiều ngách đi sâu xuống lòng đất, đa phần là những ngách nhỏ và dốc đứng việc đi xuống rất khó khăn, hiểm trở. Lối đi chính cũng bị thắt lại chỉ còn vừa một người đi qua. Khoảng hẹp này tụt sâu xuống chừng 2m so với nền hang tại phòng hang bên ngoài. Khi đi qua khoảng hẹp này lòng hang mở rộng ra, từ đây nhũ đá xuất hiện ngày càng nhiều, hầu như phủ khắp hai bên thành hang, trên trần và dọc theo lối đi. Những khối nhũ lớn với rất nhiều hình dáng và màu sắc khác nhau tạo nên vẻ kỳ ảo, lôi cuốn người xem. Có những khối nhũ tựa như những chiếc chuông, khánh bằng dá lớn, lại có những khối nhũ lớn với rất nhiều hình dáng và màu sắc khác nhau tạo nên vẻ kỳ ảo, lôi cuốn người xem. Có những khối nhũ có hình dáng giống như những cây nấm khổng lồ che phủ cả một khoảng hang. Trần hang cao và thoáng, nhiều đoạn trần hang cao trên 30m, nhũ đá treo dày đặc như những chiếc đèn chùm với nhiều kiểu dáng khác nhau. Hai bên thành hang cũng được phủ kín bởi nhũ đá tựa như một bức phù điêu kéo dài vẽ lên những lâu đài nguy nga, tráng lệ nối tiếp nhau theo suốt chiều dài của hang. Đường đi trong hang tại đoạn này tương đối bằng phẳng, đan xen dọc hai bên lối đi là những cột đá thẳng đứng cao 5 - 7m mà người dân nơi đây gọi là “ăng ten trời”. Nhiều cột nhũ có kích thước lớn, cao hàng chục mét nối liền từ trần hang xuống tới nền giống như những chiếc cột chống đỡ trần hang, được chạm trổ hoa văn tinh xảo nên sự lôi cuốn không kém những bức phù điêu bằng nhũ đá ở hai bên thành hang. Bên dưới nền hang có dòng nước chảy qua, nhiều đoạn xuất lộ lên bề mặt tạo thành dòng suối ngầm trong hang. Đây chính là nơi bắt nguồn của dòng sông Nhiệm. Cho đến nay hang Nà Luông vẫn được đánh giá là một trong những hang động đẹp, kỳ vĩ nhất đã phát hiện được ở Hà Giang.

         Qua khảo sát sơ bộ đã phát hiện được một số di vật đồ đá cũ nằm rải rác ngoài cửa hang. Điều này mở ra giả thuyết có sự tồn tại của người nguyên thuỷ trong khu vực hang Nà Luông.

         Hang Nà Luông đã gắn bó với cộng đồng dân tộc Mông nơi đây từ bao đời. Trong năm nếu gia đình nào có người đau ốm đồng bào thường mang lễ vật vào trong hang làm lễ cúng cầu mong thần núi, thần hang phù hộ cho người thân được khoẻ mạnh.

         Hang Nà Luông được xếp hạng danh lam thắng cảnh Quốc gia năm 2014.