Obfituje również w zjawiska krasowe, w tym zwłaszcza te zaliczane do endokrasu, jak jaskinie, ponory i wywierzyska oraz podziemne cieki wodne. W całej dolinie zinwentaryzowano ok. 300 jaskiń krasowych i schronisk jaskiniowych dłuższych niż 2 m. Ich łączna długość wynosi ok. 70 km. Wśród nich należy wyróżnić system Jaskiń Demianowskich, które w ciągu minionych 2,5 mln lat wytworzył podziemny ciek potoku Demianówka. Jego długość w 2017 r. wynosiła 41,3 km. Charakteryzuje się on obfitą szatą naciekową, a w części zwanej Demianowską Jaskinią Lodową są liczne utwory lodowe.
Historia Dolina Demianowska pojawia się w historii zapewne w XIII w., kiedy to zaczęli ją penetrować poszukiwacze złota, srebra i innych metali. Pierwsza wzmianka pisemna o dolinie pochodzi z 15 grudnia 1299 r. – dotyczy ona istnienia w niej tzw. wówczas Smoczej Jaskini Lodowej (dziś Demianowska Jaskinia Lodowa). Kolejne etapy historii Doliny Demianowskiej dotyczą XVIII i XIX w., kiedy to pojawiło się więcej pasterzy ze swoimi trzodami oraz drwali eksploatujących tutejsze lasy. Najnowsze dzieje doliny związane są głównie z turystyką i rekreacją. „Kamieniami milowymi” były tu odkrycie Demianowskiej Jaskini Wolności i jej częściowe udostępnienie do zwiedzania w 1924 r. oraz budowa pierwszej krzesełkowej kolei linowej z Jasnej na Chopok w 1949 r.