Die Kluterthöhle liegt in einer nach Norden abfallenden, etwa 12,5 m mächtigen Riffkalkschicht und bedeckt darin eine Grundfläche von etwa 450 x 200 m. Geologisch gehören die Schichten des Klutertberges zum Oberen Mitteldevon (Givet-Stufe), genauer zu den Honseler Schichten, die vor ungefähr 385 Millionen Jahren im Meer gebildet wurden. Von Ost nach West ist die Schicht in kleinere Sättel und Mulden gegliedert. Im Bereich der westlichsten Mulde verschwinden die Schichten unter dem Karstwasserspiegel und tauchen erst in der benachbarten Bismarckhöhle wieder auf.

Die Hohlräume der Höhle sind durch Laugung im Grundwasserbereich entstanden. Zu einem Zeitpunkt, wo die Kalkschicht noch unter dem Grundwasserspiegel lag, drang aggressives, mit Kohlensäure gesättigtes Wasser durch winzige Spalten in den Kalk ein und begann mit der chemischen Lösung.

Im Laufe von geologischen Zeiträumen bildeten sich dann immer größere, komplett wassergefüllte Gänge. Erst später, mit Hebung der Mittelgebirge und Eintiefung der Ennepe, fiel die Höhle trocken.

Die heute noch in der Höhle fließenden Bäche haben nichts mit ihrer Entstehung zu tun, das Wasser benutzt die vorhandenen Hohlräume lediglich. Ebenfalls erst nach dem Trockenfallen der Hohlräume setzte, besonders in den hangnahen Bereichen, die Bildung von Tropfsteinen ein. Leider wurden die Sinterformationen im Laufe der Jahrhunderte größtenteils von Menschenhand zerstört. Lediglich an wenigen unzugänglichen Stellen und in benachbarten Höhlen, die der Öffentlichkeit nie zugänglich waren, ist die volle Pracht der Sinterformen noch zu bewundern.