觀音洞位在台東縣綠島鄉的東北方，楠仔湖西南方海階上的石灰岩洞。洞內有一石筍外觀貌似觀音，因此得名。 觀音洞所出露的石灰岩屬於旭溫泉層，是由生物礁以及生物碎屑所形成的石灰岩，以不整合的方式覆蓋在綠島的火成岩之上，上面則有紅土發育。數公尺厚的石灰岩層被溶蝕後，在此形成石灰岩洞穴，並有地下伏流發育。綠島地區海階與珊瑚礁的發育，受到晚更新世來海水面變化的影響非常大，雖然綠島本身也有受到構造抬升運動的影響，但其變化遠不及海水面的升降，海階與珊瑚礁的發育，一定程度上顯示了在那個時期是處於相對穩定、較無劇烈上下變化的時間。 洞內最醒目的便是供人祭拜的巨大石筍，但繼續往內部走，可以發現在觀音像後方有巨大的石柱發育，頂部鐘乳石遍布，且鮮少受到破壞，呈現鐘乳石洞最原始的風貌。

觀音洞為綠島上重要的石灰岩景觀，雖然洞口附近的石筍被視為觀音神像膜拜，但在廟宇後方仍可看到原始的石灰岩景觀。 


數公尺後的石灰岩層被溶蝕後，形成典型但小規模的石灰岩洞穴，並有地下伏流發育，可說是麻雀雖小，五臟俱全。