Từ thành phố Hoà Bình theo quốc lộ 6 tới ngã ba Tòng Đậu, huyện Mai Châu khoảng 61km rẽ trái theo đường 15 đi qua thị trấn Mai Châu tới xã Xăm Khoè khoảng 19km, rẽ trái khoảng 500m là tới di tích.

Hang Khoài nằm ở phía Đông Bắc của núi Khoài có diện tích khoảng180m² với hai cửa thông nhau qua một hành làng hẹp. Lòng hang rộng 24m, ăn sâu từ cửa vào trong 12m; Vòm hang cao 8m; Nền hang cao hơn mặt ruộng khoảng 5m, hơi dốc từ phía trong hang phía cửa. Cửa hang quay về hướng Đông Nam trông ra thung lũng, cách suối Xia chừng 200m về phía Đông Bắc.

Năm 1983 hang Khoài được các cán bộ Viện Khảo cổ học Việt Nam như: Nguyễn Lân Cường, Nguyễn Khắc Sử, Đặng Hữu Lưu phát hiện và đào thám sát.

Tháng 12 năm 1984, Viện Khảo cổ và các nhà nghiên cứu khoa học của Liên Xô (cũ), phối hợp với Sở Văn hoá - Thông tin Hà Sơn Bình tiến hành khai quật di chỉ hang Khoài với diện tích khoảng 25m².

Qua kết quả khai quật và nghiên cứu cho thấy đây là di chỉ xưởng thuộc thời đại đá “Văn hoá Hoà Bình. Di tích hang Khoài đã minh chứng cho sự phát triển liên tục của kỹ nghệ cuội Việt Nam từ văn hoá Sơn Vi đến Hoà Bình và Bắc Sơn.

Kết quả khai quật năm 1984 cho thấy, di tích hang Khoài vừa là nơi cư trú, vừa là xưởng chế tác công cụ của cư dân Văn hoá Hoà Bình, có khung niên đại tương đối khoảng từ 17.000 năm đến 11.000 năm cách ngày nay. Ngoài những di vật thu được trong quá trình khai quật ở di chỉ hang Khoài còn có dấu tích bếp và mộ táng.

Di chỉ hang Khoài được phát hiện và nghiên cứu, đã góp phần tìm hiểu về mối quan hệ giữa Văn hoá Tây bắc của Hoà Bình với các địa phương khác trong khu vực phía Bắc. Góp phần soi sáng về kỹ thuật chế tác công cụ, về táng thức của cư dân Hoà Bình.

Hang Khoài là di tích khảo cổ quan trọng, có giá trị cao trong công tác nghiên cứu, cùng với hang Khoài du khách còn có thể ghé qua các di tích lịch sử, văn hoá và danh thắng khác của huyện Mai Châu như hang Láng, Mái đá Đán Đua, hang Chiều và tiếp xúc với văn hoá dân tộc Thái vùng Tây Bắc, với những bản làng trù phú, mang đậm cấu trúc như Bản Văn, bản Lác, Mường Hịch...và một khung cảnh thiên nhiên tuyệt vời của thung lũng Mai Châu thơ mộng.