เดิมมีชื่อว่า ถ้ำน้ำผึ้ง เพราะมีผึ้งมาทำรังเป็นจำนวนมาก ส่วนที่ได้เปลี่ยนชื่อมาเป็น ถ้ำผาแดง อาจเป็นเพราะบนหน้าผาเหนือปากถ้ำมีสีแดงเคลือบอยู่ ซึ่งเป็นแร่เหล็กชนิดหนึ่ง เรียกว่า ฮีมาไทต์ (Hematite)
ภายในถ้ำผาแดงมีภูมิประเทศที่เหมาะสม เป็นถ้ำขนาดใหญ่ ทำให้มนุษย์สมัยก่อนประวัติศาสตร์ใช้ถ้ำนี้เป็นที่อยู่อาศัย จากหลักฐานที่นักโบราณคดีได้สำรวจพบคือเศษภาชนะดินเผาที่เผาด้วยไฟอุณหภูมิต่ำ และใช้เชือกทาบเป็นลายในการตกแต่ง และพบสะเก็ดหินที่เกิดจากการถูกกะเทาะจากแก่นหิน เพื่อนำมาทำเป็นเครื่องมือ แล้วทิ้งกองไว้บนพื้นถ้ำ
ในปัจจุบันโครงสร้างของถ้ำมีความเหมาะสม ฝูงค้างคาวจึงมาจับจองเป็นที่อยู่อาศัย ที่ถ้ำผาแดงมีค้างคาว 2 ชนิด คือ ค้างคาวปากย่น และค้างคาวปีกถุงเคราดำ เป็นค้างคาวกินแมลง และจะคอยกำจัดศัตรูพืช ให้กับเกษตรกร
ที่หน้าผามีสีแดง เกิดจากเวลาฝนตกน้ำเซาะดินที่มีสารสีแดงผสมอยู่ไหลมาที่หน้าผาเกิดเป็นสีแดงขึ้น ถ้ำผาแดงมีทางเข้า 2 ทาง ทิศตะวันออกและทิศตะวันตกมีกองหินซึ่งเป็นหินแม่น้ำ เพราะบริเวณนี้เคยเป็นทางน้ำเก่ายังพบเศษภาชนะดินเผาและสะเก็ดหิน ซึ่งกรมศิลปากร เข้ามาสำรวจ พบว่าที่นี่เคยเป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์