Η περιοχή του Μαραθώνα, στην αρχαιότητα αποτελούνταν από τέσσερις Δήμους, οι οποίοι συνιστούσαν την περίφημη τετράπολη της περιοχής: ο Μαραθώνας, η Οινόη, ο Προβάλυνθος, και ο Τρικόρυνθος. Στην ακρόπολη της Οινόης, όπως αναφέρει ο Παυσανίας (Αττικά 38,7) «ολίγου απώτερου του πεδίου, Πανός εστίν όρος και σπήλαιον θεάς…».

Στη Β.Α. πλευρά του λόφου της Ακρόπολης της Οινόης ήταν γνωστό από παλιά ένα σπήλαιο με δύο εισόδους, το οποίο ταυτιζόταν από τους παλαιότερους με το σπήλαιο το αναφερόμενο από τον Παυσανία. Το σπήλαιο βρίσκεται 3 χιλιόμετρα δυτικά του σημερινού χωριού σε υψόμετρο 118 μ., νότια της αρχαίας χαράδρας του μικρού ποταμού, ο οποίος πηγάζει από τις πλαγιές του πεντελικού και χύνεται στη θάλασσα του Μαραθώνα. Το κοίλωμα του σπηλαίου έχει μήκος 75 μ. και πλάτος 15 μ. Το σπήλαιο έχει 2 εισόδους όπως αναφέραμε και παραπάνω. Η ανατολική θεωρείται και η κύρια είσοδος , διότι ο χώρος ολόγυρα είχε διαμορφωθεί πάνω σε παλιό επίπεδο και κοιτά σ΄ αυτή την είσοδο. Βρέθηκε τείχος και αναθεματική ενεπίγραφη στήλη στον Πάνα και στις Νύμφες, που περιέχει ιερό νόμο του άρχοντα Θεόφημου (61-60 π.χ.) με απαγορευτικούς κανόνες γι΄ αυτούς που εισέρχονταν στην σπηλιά.

Μέσα στο σπήλαιο σχηματίζονται μεγάλες αίθουσες, οι οίκοι του Παυσανία, με σταλακτίτες και σταλαγμίτες σε διάφορες αποχρώσεις του λευκού, του κόκκινου και γαλάζιου χρώματος. Οι οροφές έχουν γαλαζοπράσινο χρώμα. Στους βράχους σχηματίζονται μικρές στρογγυλές κοιλότητες με νερό, «τα λουτρά». Σημαντικό είναι το γεγονός ότι το σπήλαιο βρέθηκε «άθικτο», και το έδαφος αδιατάρακτο εκτός από τις τρύπες των ασβών και των αλεπούδων.

Στην αριστερή πλευρά της κύριας εισόδου βρέθηκαν ανθρώπινοι σκελετοί σε νεολιθικούς τάφους. Επίσης βρέθηκαν όστρακα παλαιότερης νεολιθικής εποχής (5000-4000 π.χ.), μία σειρά από νεολιθικά αγγεία καθώς επίσης και ένα ζευγάρι σκουλαρίκια αφιερωμένα προφανώς στις Μαραθωνίδες Νύμφες. Είναι χαρακτηριστικό ότι από την υστεροελλαδική περίοδο και μέχρι τον 5^ο αιώνα δεν έχουν βρεθεί λείψανα ζωής ή λατρείας στο σπήλαιο. Είναι πολύ πιθανό ότι το σπήλαιο εγκαταλείφθηκε κατά τα τέλη της προϊστορικής περιόδου και εγκαταστάθηκε σ΄ αυτό η λατρεία του Πανός, από την αρχή του 5^ου αιώνα π.χ. και συγκεκριμένα το 490 π.χ. στη Μάχη του Μαραθώνα, για να βοηθήσει τους Έλληνες στη μάχη κατά των Περσών. Μία άποψη, θέλει το σπήλαιο σαν κατοικία του Θεού Πάνα και ότι από αυτό ξεχύθηκε ο τραγοπόδαρος Θεός μαζί με τους Πανίσκους του, σκόρπισε τον «πανικό» στους Πέρσες, οι οποίοι τρομαγμένοι από τις φοβερές φωνές τους τράπηκαν σε φυγή, μπήκανε στα πλοία τους και φύγανε. Έτσι ο θεός πρόσφερε περιχαρή νίκη στους Έλληνες , κρατώντας την υπόσχεση που τους έδωσε ότι «ες Μαραθώνα, ήξει συμμαχίσων». Αυτοί για να τιμήσουν το θεό, φέρανε τη λατρεία του στο χώρο της Αττικής, αφιερώνοντάς του, σαν ιερά όλα τα σπήλαια και σπηλαιώδη χάσματα του τόπου τους.

Σχετικά με το σήμερα οι πληροφορίες από την αρχαιολογική υπηρεσία αναφέρουν ότι αυτή τη στιγμή το σπήλαιο είναι φραγμένο γα να μη λεηλατηθεί από αρχαιοκάπηλους και δεν πρόκειται να ανοιχθεί αν δεν τελειώσουν οι ανασκαφές στο εσωτερικό του. Οι τελευταίες ανασκαφές έγιναν το 1958 από τον αρχαιολόγο κ. Ι. Παπαδημητρίου, αλλά με τον θάνατό του διακόπηκαν οι σχετικές εργασίες.