Die Baumannshöhle ist aus vielen ineinandergreifenden Kammern zusammengesetzt, unter anderem die Leuchterschlucht, die von ein Meter hohen Stalagmiten geprägt ist. Der Goethesaal ist der größte Raum mit einer Grundfläche von ungefähr 2500 m², wo auch zu bestimmten Zeiten Konzerte und Theateraufführungen stattfinden und bis zu 300 Zuschauer Platz haben. In der Höhle befindet sich auch ein künstlich angelegter See, der Wolfgangsee, der bis zu 80 Zentimeter tief ist. Der höchste Punkt der Baumannshöhle, das Himmelreich, erreicht eine Höhe von 440 m ü. NN, während der tiefste Punkt, der Wassergang, 61 Meter unter dem Boden liegt. Außerdem gibt es eine Höhle, die als Hamburger Wappen bezeichnet wird, in der sich eine Gesteinsformation befindet, die Goethe an das Hamburger Wappen erinnerte. Bis 1928 hieß die Halle Tanzsaal.
Es heißt, dass der Name der Baumannshöhle an den Bergmann Friedrich Baumann erinnern soll, der 1536 auf der Suche nach einer Erzlagerstätte in die Höhle gelangte, sich dort jedoch nach Verlöschen seines Grubenlichts verlief. Nach drei Tagen hatte er es geschafft, den Ausgang wiederzufinden. Er soll noch von der Höhle berichten können, jedoch an den Folgen der Entbehrungen verstorben sein. Es erwies sich jedoch als Fakt, dass das Datum 1536 während der NS-Zeit in den 1930er Jahren frei erfunden wurde, um ein Jubiläum zu feiern.
Seit dem 16. Jahrhundert finden Besuche in der Baumannshöhle statt. Herzöge von Braunschweig erteilten dem Rübeländer Valentin Wagner und seiner Familie das Privileg, Besucher durch die Höhle zu führen. Dieser Zeitpunkt gilt als Beginn regulärer Führungen. Aufgrund der Zerstörung von Tropfsteinen erließ der Braunschweiger Herzog Rudolf August am 10. April 1668 eine Verordnung zum Schutz der Baumannshöhle. Die Höhle gilt daher auch als erstes rechtlich unter Schutz gestelltes Naturdenkmal in Deutschland. Um unbefugte Zutritte zu verhindern, sicherte man den Zugang 1688 durch eine Tür, so dass der Tropfsteinschmuck im Wesentlichen bis heute erhalten blieb. Zu den bekanntestes Besuchern zählte Johann Wolfgang von Goethe, der die Höhle 1777, 1783 and 1784 besuchte.
Weitere bekannte Besucher waren 1656 der Theologe Gottfried Olearius und 1690 der Philosoph und Wissenschaftler Gottfried Wilhelm Leibniz. Die älteste Darstellung des Höhleninneren ist vom Jahr 1654 durch Matthäus Merian überliefert. Der älteste Höhlenplan stammt aus dem Jahre 1665. Die Baumannshöhle wurde, neben dem Brocken, eine der bekanntesten Harzer Sehenswürdigkeiten und gewann somit für Rübeland Bedeutung als wichtiger Wirtschaftsfaktor. Damals stand auch die in der Nähe gelegene Bielshöhle Besuchern offen.
Die Zugang zur Baumannshöhle war am westlichen Hang des Bodetals hoch. Die Erforschung der Höhle war schwierig, dafür folgte ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts gründlichere Erforschung der Höhle. Der Höhlenführer Streitberg fand 1888 am 1. Juli den Zugang zu bis dahin nicht bekannten Teilen der Höhle, die als Neue Baumannshöhle bezeichnet werden konnte. Oberforstmeister Nehring erstellte in diesem Jahr einen exakten Plan der Höhle. Wie schon in den letzten Jahren, so war auch am 1. Mai 1890 der reguläre Führungsbetrieb in der benachbarten Hermannshöhle eröffnet worden, die zudem noch mit elektrischem Licht ausgestattet war. Dadurch gingen die Besucherzahlen der Baumannshöhle stark zurück. Dies ist wahrscheinlich unter anderem darauf zurückzuführen, dass ihr Zustand damals sehr schlecht war: Die verrußten Höhlenwände und glanzlosen Tropfsteine zeugten vom Gebrauch der Pechfackeln, zahlreiche Tropfsteine waren als Souvenir oder zum Verkauf entfernt worden, bengalische Feuer sollten Besucher unterhalten.
Im Goethesaal der Baumannshöhle wurden 1901 Untersuchungen zur natürlichen Radioaktivität von Elster und Geitel durchgeführt. Im Jahr 1928/1929 wurde die Höhle von Stolberg teilweise neu vermessen. Zudem wurde 1927/28 ein neuer Eingang geschaffen, welcher Besucher durch einen aufwärts führenden Stollen aus der Ortsmitte in die Höhle bringt. Der alte Eingang wurde für die Allgemeinheit geschlossen und ist nur noch für betriebliche Zwecke geöffnet. Weitere Wege wurden innerhalb der Höhle angelegt, jedoch sind einige Bereiche nicht für Besucher zugänglich. 1965 wurden bei Grabungen steinzeitliche Funde entdeckt, und in den 1990er Jahren untersuchte und vermaß die Arbeitsgemeinschaft für Karstkunde e.V. die Höhle.
