Động khô có nền rộng khoảng 40m, trong động có nhiều nhũ đá muôn hình vạn trạng được ánh sáng tự nhiên chiếu vào làm ánh lên sắc vàng, sắc bạc lung linh huyền ảo với những hình thù đa dạng, sinh động để du khách liên hệ tưởng tượng ra một "lâu đài đá" với voi phục, hổ rình mồi, con cáo, con khỉ…[6]

Động khô có cửa thông lên sườn núi phía Nam, rộng khoảng 2,5-3m, cao khoảng 3-6m, có nhiều nhũ đá đẹp.

Nằm trong vùng lõi quần thể di sản thế giới Tràng An, Động Thiên Hà nằm trong dãy núi đá vôi có tuổi triat, cách đây khoảng 250 triệu năm. Năm 2008, các nhà khảo cổ học địa phương lần đầu tiên đã phát hiện một số vỏ nhuyễn thể như ốc núi, ngao đầu và than tro - dấu vết để lại của cư dân Việt cổ. Đến năm 2012, động Thiên Hà đã được Viện khảo cổ học và Ban quản lý Quần thể Danh thắng Tràng An thám sát theo dự án “Điều tra, thám sát và nghiên cứu các di tích khảo cổ học trong khu vực Quần thể danh thắng Tràng An Ninh Bình để xây dựng hồ sơ trình Unesco công nhận di sản thế giới”. Tại đây đã tìm thấy vết tích của nhuyễn thể, công cụ cuội ghè đẽo, có cả mảnh tước của nhóm đá magma, những mảnh gốm thô với văn thừng đập thô, xương gốm mềm, thành dày, xương động vật trên cạn, mảnh mai và yếm rùa. Các di cốt động vật và vỏ nhuyễn thể thu được đều có tuổi Holocene. Bước đầu có thể dự đoán niên đại của di chỉ thuộc Trung kỳ Đá mới, có tuổi từ 9.000 - 7.000 năm BP và Hậu kỳ Đá mới, có tuổi 4.000 năm BP. Cư dân ở đây sống và khai thác trọn vẹn trong môi trường biển tiến. Tầng văn hoá được bảo tồn gần như nguyên vẹn trong động Thiên Hà cho thấy một bức tranh sinh động về cuộc sống của người Việt Cổ với sự thích ứng và sáng tạo của cư dân văn hoá trước và sau biển tiến qua thời kỳ biển thoái trong thời đại Đá mới ở Quần thể các di tích Tràng An. Ngoài việc bảo lưu đậm nét truyền thống Hoà Bình và Đa Bút, cư dân tiền sử nơi đây đã tiên phong cách tân văn hoá, lối sống để thích nghi với môi trường biến đổi thể hiện rõ nhất ở tổ hợp công cụ lao động bằng đá vôi, ở đồ gốm văn thừng đập không se, ở định hướng khai thác biển tại chỗ. Sống trong môi trường trước biển tiến và sau biển thoái, cư dân nơi đây sáng tạo nên dạng hình văn hoá mới, một trong những mắt xích quan trọng, mở đầu cho thời đại Kim khí, tiến tới văn minh ở vùng biển cổ Tràng An, Ninh Bình.[7]