L'istituzione dell'attuale Museo, nel 2001, rappresenta l'esito di una lunga stagione di raccolta di materiali archeologici, faunistici e paleontologici nei siti preistorici dell'altopiano di Pradis. Il nucleo iniziale della raccolta risale, infatti, al 1969, ma è soprattutto a partire dagli anni ’70 che si registra un incremento delle scoperte, grazie alle ricerche scientifiche dell'Università di Ferrara - ancora oggi attive nel comprensorio di Pradis - le quali hanno portato all'individuazione e all'esplorazione di diverse cavità utilizzate dall’uomo nel corso della preistoria. Le sezioni del museo, oggi in fase di rinnovamento, documentano queste scoperte e, più in generale, il mondo delle grotte e la loro frequentazione da parte di uomini e animali, attraverso l’esposizione di reperti archeologici, archeozoologici, minerali e fossili. Il percorso si apre con il tema dell'Ursus spelaeus (l'orso delle caverne), un mammifero vissuto tra i 700mila e i 17mila anni dal presente, di cui sono esposte due ricostruzioni a grandezza naturale, e prosegue con il tema delle grotte frequentate dall'uomo nel corso del Paleolitico: la grotta del Clusantin, le Grotte Verdi e la Grotta del Rio Secco (quest'ultima ancora in fase di scavo). I reperti provenienti da questi siti offrono lo spunto per approfondire alcune tematiche fondamentali per lo studio dei gruppi umani (Neandertale e Sapiens) avvicendatisi sull'altopiano di Pradis tra 50 e 14mila anni dal presente, come la lavorazione delle selci, la caccia e le tecniche di macellazione delle prede. Un'armilla di periodo tardoromano proveniente dalla Caverna Mainarda attesta, seppur come ritrovamento isolato, che le grotte del territorio di Clauzetto furono frequentate anche in epoche ben più recenti. Il percorso espositivo si conclude con una sezione di fossili e di minerali. Il Museo della Grotta rientra nell'area dell'Ecomuseo Regionale delle Dolomiti Friulane "Lis Aganis, ed è attivo nel campo della didattica e della divulgazione, con laboratori e giornate sul tema della Preistoria.
Un accordo biennale di collaborazione tra il Centro regionale di catalogazione, oggi IPAC, e l'Università di Ferrara per gli scavi della Grotta del Rio Secco ha consentito di catalogare, tra il 2012 e il 2014, i principali siti archeologici preistorici del comprensorio di Pradis, unitamente a 175 reperti mobili.