Das Eingangsportal misst 18 m x 6 m und verjüngt sich bergwärts. Die Sophienhöhle besitzt domartige Hallen, die teilweise durch enge Gänge verbunden sind. Die Höhle zieht sich im Wesentlichen an den horizontalen Fugen der Schwammriffe entlang. Die dritte Abteilung zählt mit einer Größe von 42 × 25 × 11 m zu den größten fränkischen Höhlenräumen.
Hier haben sich große Verbruchquader entlang der Fugen von der Decke abgelöst und bedecken den Boden. Die beiden anderen Abteilungen weisen ebenfalls Versturzblöcke auf, die an manchen Stellen von Tropfsteinen überzogen sind. Das Raumbild der Höhle deutet auf ein hohes Alter hin.
Die Sophienhöhle ist ein Komplex von vier Höhlen:
- das Eingangsportal, das Ahornloch,
- die sich anschließende Klaussteinhöhle,
- die 1833 entdeckte eigentliche Sophienhöhle
- und die zunächst verfüllte Höschhöhle.
Der Klaussteinhöhlen-Sophienhöhle-Komplex hat eine Länge von etwa 900 m.
Im Höhlenkomplex wurden zahlreiche Knochen eiszeitlicher Tiere, besonders der Höhlenbären, gefunden. Der Vorraum der Sophienhöhle, das Ahornloch, wurde bereits von prähistorischen Menschen benutzt. Überbleibsel menschlicher Besiedlungen aus der Jungsteinzeit und der Bronzezeit fand man in den Ablagerungen.
Die Klaussteinhöhle hat ihren Namen von der darüber liegenden Klaussteinkapelle. Dort stand im Mittelalter eine Burg, die abgerissen wurde.
1490 wollte ein Bamberger Unternehmer im Ahornloch aus den Höhlensedimenten Salpeter gewinnen, was nicht gelang. Bei Grabungen 1788 im hinteren Teil des Ahornlochs wurde die Klaussteinhöhle wiederentdeckt. Im Jahre 1833 führte ein Gärtner im Auftrag vom Grafen Franz Erwein von Schönborn-Wiesenheid Erweiterungsarbeiten aus, um einen neuen Ausgang zu schaffen. Dabei fand man die Sophienhöhle. Ab 1834 war sie als Schauhöhle zu besichtigen.
Bei Grabungen 1905 und 1906 wurde wieder eine Vielzahl von Knochen der Höhlenbären, Höhlenlöwen und Hyänen gefunden. Die Nürnberger Reiner Haas und Wolfgang Deß erwarben dieBurg Rabenstein und die Höhle im Jahr 2000. Im Rahmen einer Renovierung wurde 2002 das bis dahin öffentlich zugängliche Ahornloch vergittert.
2011 fand man bei einer Siebaktion in einer Nebenhöhle 8.000 Knochenreste. Paläontologen setzten in einer Puzzlearbeit daraus das vollständige Skelett des Höhlenbären „Benno“ zusammen. Er steht in einer Vitrine in der Höhle. Es ist das vollständigste Skelett weltweit.
