Die Charlottenhöhle wurde im Frühjahr 1893 erstmals wissenschaftlich beschrieben und erforscht. Am 7. Mai 1893 gelang den Hürbener Zimmerleuten Friedrich Strauß, Karl Baur und Jakob Sigmund gemeinsam mit dem Giengener Oberförster Hermann Emil Sihler die erste bekannte Befahrung der Höhle. In den folgenden Jahren wurde sie weiter erschlossen und ist heute eine der bekanntesten Schauhöhlen der Schwäbischen Alb.

Entdeckung
1591
Der Ulmer Stadtmaler Philipp Renlin erwähnt erstmalig die Höhle in der Giengener Forstkarte im Hürbener Gewann Krauthalde und bezeichnet sie als Hundsloch, da in dieser Doline offensichtlich schon seit dem Mittelalter verendete Haustiere entsorgt wurden. Dies hat vermutlich auch die dortigen Menschen davon abgehalten, diese Doline weiter zu untersuchen.
Frühjahr 1893
Der Giengener Oberförster Hermann Emil Sihler, ein erfahrener Höhlenforscher, in dessen Revier der Wald mit dem Hundsloch lag, versucht mit Unterstützung durch Forstwart Gaiser und einem Tagelöhner aus Hürben mit einer Leiter in das Hundsloch einzusteigen. Doch die Leiter ist zu kurz und der Versuch scheitert.
7. Mai 1893
Die Hürbener Zimmerleute Friedrich Strauß, Jakob Beutler und Kaspar Schlumpberger steigen mit einer 15 m langen Strickleiter in das Hundsloch ein und stehen auf einem Knochenberg. Andeutungsweise ist eine Verlängerung der Höhle nach unten erkennbar.
7. Mai 1893
Die drei Zimmerleute zusammen mit Sihler und gesichert von Gaiser räumen den Knochenberg soweit zur Seite, dass sie tiefer nach unten und bis zum Höhlenboden gelangen. Dort entdecken sie als erstes einen 2 m hohen und strahlend weißen Stalagmiten, der heute “Berggeist“ genannt wird. Auch der weitere Verlauf des Höhlenganges ist im Lichte der Kerzen erkennbar. Die Erstbegeher dringen auf ihm 163 m ins Höhleninnere bis zu einer Engstelle vor, der heutigen “Schatzkammer“, ehe sie dann wegen den mittlerweile klein gewordenen und fast abgebrannten Kerzen wieder umkehren müssen.
Weitere Erforschung
Es folgten unmittelbar anschließend weitere Befahrungen und Erkundungen der Höhle bis zu deren heutigem westlichen Ende durch Ortsansässige und wagemutige Neugierige. Auf Anordnung des rührigen Oberamtsvorstandes Filser aus Heidenheim wurde die Höhle dann auf Kosten der Gemeinde Hürben auf ihrer gesamten Länge begehbar gemacht. Dabei wurde auch ein Versturz direkt nach der heutigen “Schatzkammer“ beseitigt, der zuvor nur mit dem “Durchschlupf der Entdecker“ umgangen werden konnte.
Auch für den zunächst sehr mühsamen Zugang zur Höhle durch das Hundsloch fand man bald eine einfachere Lösung. Das östliche Höhlenende war durch die innen über Jahrhunderte angeschwemmten Schuttmassen des ehemaligen Höhlenbaches total verstopft. Lediglich ein Fuchsbau außen am Berghang ließ vermuten, dass da möglicherweise eine Öffnung in die Höhle hinein führen könnte. Man r66äumte deshalb den Schutt im Höhleninneren beiseite und fand tatsächlich diese Öffnung, durch die wohl einst der Höhlenbach aus-geflossen ist und die auch wilden Tieren Eindringmöglichkeiten geboten hatte. Sie wurde dann zu einem ebenerdigen Zugang erweitert, dem heutigen Höhleneingang.
Die Gemeinde Hürben ersuchte im Frühsommer 1893 die württembergische Königin Charlotte, nach deren Namen die Höhle benennen zu dürfen, hauptsächlich wohl in der Hoffnung auf einen bedeutenden finanziellen Zuschuss zur weiteren Erschließung. Beides wurde dann auch gnädiglich gewährt. Somit hatte die Höhle jetzt auch einen offiziellen Namen.
Die Nachricht von der Entdeckung dieser Höhle machte offensichtlich in Württemberg sehr schnell in Fachkreisen die Runde und rief weitere Höhlenforscher und Interessierte auf den Plan. Aber auch eine besondere Form des Vandalismus griff leider ebenso schnell um sich. Die in der Höhle zu Hauf vorhandenen weißen Tropfsteine, die Stalaktiten und die Stalagmiten, waren für manche Besucher so unwiderstehlich und anziehend, dass diese sie abschlugen und als Trophäen mitnahmen. Die Spuren dieses frevelhaften Tuns sind teilweise bis heute noch erkennbar.
Dies wurde erst anders, als sich verantwortungsbewusste Bürger der Gemeinde Hürben und der näheren Umgebung zusammenfanden, um Ordnung in das oft ziellose Treiben zu bringen. Die Zugangsmöglichkeiten in die Höhle wurden festgelegt, Verantwortliche und Höhlenführer ernannt, Eintrittspreise beschlossen und eine Unterstandshütte neben der Straße für eine einfache Gastronomie errichtet.