این غار در کوه نه چندان مرتفع ساری قیه (صخره زرد) ایجاد شده که در قسمت جنوب روستای علیصدر و چسبیده به آن قرار گرفته است.
در این کوه دو غار دیگر به نام‌های سراب و سوباشی وجود دارد که به ترتیب 7 و 11 کیلومتر با غارعلیصدر فاصله دارند و چنانکه در منابع جغرافیایی آمده آب غار علیصدر از غار سراب سرچشمه می‌گیرد.
گفته می شود که نام اصلی این غار، علی سرد یا علی سد بوده که به تدریج اصطلاحا به علیصدر معروف شده است. در فرهنگ جغرافیایی ایران و فرهنگ دهخدا، به نام علی سرد آمده ولی هر دو این منابع نام اصلی آن را علی سد ذکر کرده‌اند.
آنچه مسلم است، تا این تاریخ در هیچ نوع مدرک تاریخی نامی به عنوان علیصدر ذکر نشده با این وجود خود اهالی نیز آن را علیصدر می‌نامند.
مردم روستای علیصدر و روستاهای اطراف از قدیم این غار را می شناختند و از آب آن نیز بهره می بردند؛ ولی شناسایی مفصل و معرفی آن به حدود 15 سال پیش از انقلاب بر می‌گردد.
در بدو ورود شاهد رسوبات کربنات کلسیم در سقف و دیواره‌های محدوده وسیعی از غار هستیم، این رسوبات گویای این هستند که در گذشته در این محدوده نیز آب وجود داشته است. ارتفاع فعلی آب درون غار در حدود 50 متر پایین تر از این محدوده است.
ارتفاع آب غار در قسمتهای مختلف آن از صفر تا 14 متر در نوسان است. تمامی کانال‌های غار هنوز کشف نشده اما در برخی از کانال‌های غار 10 الی11 کیلومتر پیشروی شده است؛ به طور رسمی در حال حاضر 2100 متر از طول غار شناسایی شده که ارتفاعی بین 1 تا 35 متر، عرض 2 تا 15 متر و عمق 1 تا 17 متر دارد.
برای بازدید از غار پس از طی مسیر قابل قایقرانی، مسیر نسبتا طولانی در خشکی طی می‌شود و پس از آن دوباره گردش با قایق ادامه می‌یابد. از 14 کیلومتر مسیر کشف شده، 4 کیلومتر از معابر که با پرژکتور نور پردازی شده اند مورد بازدید قرار می‌گیرند.
محوطه اصلی غار از تعداد زیادی تالار بزرگ و کوچک و پیچ در پیچ تشکیل شده است که به وسیله دهلیزها و دالان‌های مشبک با یکدیگر مرتبط می‌شوند و برخی از آنها وسعتی بیش از چند صد متر مربع دارند.
سقف غار (که در برخی قسمت ها تا 10 متر از سطح آب ارتفاع دارد) پوشیده از رسوبات کربنات کلسیم خالص و مخلوط با عناصر شیمیایی دیگر است. این رسوبات به صورت‌های مختلف استالاگمیت‌هایی با فرم‌های جذاب ایجاد کرده‌اند و در کف غار و در جاهایی که آب وجود ندارد نیز استالاگمیت ها منظره زیبایی بوجود آورده اند.
منشا آب غار چشمه های زیرزمینی و علاوه بر آن، ریزش‌های جوی است که به صورت قطرات آب از دیواره‌ها و سقف غار به درون آب می‌ریزد.
در کل این غار عظیم از طریق فرسایش و ایجاد حفره های ریز در توده سنگ های آهکی و به هم پیوستن تدریجی این حفره‌ها در طی سالیان طولانی ایجاد شده است.
بر اساس رده بندی حرارتی، آب غار جزو آب‌های سرد (حدودا 12 درجه) محسوب می‌شود. همچنین فاقد بو و مزه خاص است، رنگ آن آبی کم رنگ و بسیار زلال است به طوری که حتی در نقاطی با عمق 5 متر بستر آن در نور معمولی و با چشم غیر مسلح به خوبی قابل رویت است.
هوای داخل غار سبک، تمیز، عاری از گرد و غبار و کاملا ساکن است به طوری که چنانچه شمعی در آن روشن کنند هیچ گونه حرکتی در شعله شمع دیده نمی‌شود.
با پخش خبر شناسایی این پدیده کم نظیر، علاقمند شدن محققان و طبیعت دوستان و آغاز بازدید عمومی در سال 1354، غار علیصدر تبدیل به یکی از پرجاذبه‌ترین مکان‌های سیاحتی استان همدان و ایران شد و نمونه‌ای مشابه غار مولیس فرانسه و شوالیه و بوکان استرالیا به شمار می‌آید.
هم اکنون با توجه به استفاده از روشنایی برق و قایق های پایی چهار نفره و سهولت بازدید از نقاط مختلف غار و همچنین ایجاد تسهیلات رفاهی جانبی؛ سالانه حدود 800 هزار نفر از ایران و اقصی نقاط جهان از این غار بازدید می‌کنند.