Die Geschichte der Menschen in Bezug auf die Mammoth Cave geht auf über 6000 Jahre zurück. Aus dieser Zeit wurden Funde einer indianischen Kultur aus der Archaischen Periode gefunden. Eine unbewiesene Vermutung besagt, dass der erste Europäer, der die Mammoth Cave entdeckte, entweder John Houchin oder sein Bruder Francis Houchin bei der Jagd nach einem Bären im Jahr 1797 war.

1838 kaufte Franklin Gorin die Höhle und betrieb sie als Touristenattraktion. Aufzeichnungen der Höhlen gibt es erstmals von dem Sklaven Stephen Bishop, der die Höhle zwischen 1840 und 1850 erkundete und die ersten Pläne der Höhle sowie Bezeichnungen für einige Formationen aufzeichnete. Während des 19. Jahrhunderts war die Mammoth Cave so bekannt, dass sie zu einer internationalen Sensation wurde. Zudem entstand eine Eisenbahnlinie, die Mammoth Cave Railroad, sie brachte die Besucher zur Höhle. Da das Gebiet um die Höhle nicht für Landwirtschaft geeignet war, begannen die Besitzer von umliegenden Höhlen einen Konkurrenzkampf um Touristen, dieser wurde als die Kentucky Cave Wars bezeichnet. Professionell wurden die Höhlen erst 1908 von Max Kämper vermessen.[1]

Die ersten Forschungen begannen in den späten 1950er Jahren von Patty Jo Watson von der Washington University in St. Louis. Er bestimmte den relativen Gehalt von Pflanzen und Fleisch in der Ernährung der Kultur über einen Zeitraum von mehreren tausend Jahren. Zudem wurden viele menschliche Überreste und Artefakte aus dieser Zeit in den Höhlen gefunden.

Privatleute bildeten die Mammoth Cave National Park Association im Jahr 1926, um das Gebiet zu schützen. Daraufhin wurde der Park am 25. Mai 1926 als National Monument gewidmet. Spendengelder wurden verwendet, um Höfe in der Region zu kaufen. In den Zeiten danach folgten viele Höhlenerkundungen wie die Erkundung des Flint Ridge Systems, zu dem die Crystal Cave, die Great Onyx Cave und die Salts Cave gehören. Insgesamt sind die Höhlensysteme von Flint Ridge 139,2 km lang. Weitere massive Höhlensysteme, die in kurzer Distanzen von Mammoth Cave liegen, wurden entdeckt und erkundet: das Fisher Ridge Cave System und das Martin Ridge Cave-System.

Am 27. Oktober 1981 wurde das Gebiet zum Welterbe und am 26. September 1990 zum internationalen Biosphärenreservat erklärt. In der Schlafforschung ist die Höhle durch das Mammoth-Cave-Experiment von Nathaniel Kleitman bekannt.