Στη νοτιοδυτική πλευρά της Πεντέλης, σε υψόμετρο 700 μέτρων, βρίσκεται το Σπήλαιο Πεντέλης ή Σπήλαιο Αμώμων. Η σπηλιά συνδέθηκε με τη δράση του λήσταρχου του 19ου αιώνα Χρήστου Νταβέλη, εξ ου και είναι γνωστή και ως σπηλιά του Νταβέλη. Ο συσχετισμός και οι αναφορές πως ήταν εκεί το κρησφύγετό του αμφισβητούνται, το όνομα όμως έχει μείνει.

Το σπήλαιο έχει πλήρως εξερευνηθεί από τους Έλληνες σπηλαιολόγους Ιωάννη και Άννα Πετρόχειλου. Αρχικά δεν είχε έξοδο προς τον εξωτερικό χώρο του βουνού και πιστεύεται πως ανακαλύφθηκε κατά την αναζήτηση πεντελικού μάρμαρου.

Στα αρχαία χρόνια ήταν ιερό του Πανός ενώ την εποχή του Βυζαντίου ήταν ησυχαστήριο μοναχών, από όπου και πήρε το όνομα Σπήλαιο Αμώμων.

Μετά την εντυπωσιακή είσοδο, ακολουθεί μεγάλος κατηφορικός θάλαμος μήκους 112 μέτρων και μέγιστου πλάτους 40 μέτρων. Στο αριστερό τοίχωμα της σπηλιάς, ένα πέρασμα οδηγεί στη λεγόμενη «λίμνη των νυμφών».

Στην είσοδο της σπηλιάς βρίσκονται δύο μικροί ναοί. Ο ένας, που είναι αφιερωμένος στον  Άγιο Σπυρίδωνα, είναι λαξευμένος μέσα στον βράχο. Χρονολογείται δε από τον 10ο ή 11ο αιώνα. Μεταγενέστερος είναι ο δεύτερος ναός, που είναι αφιερωμένος στον Άγιο Νικόλαο. Ορισμένες από τις τοιχογραφίες στα δύο εκκλησάκια, που τοποθετούνται στον 13ο αιώνα, απομακρύνθηκαν από εκεί και εκτίθενται στο Βυζαντινό και Χριστιανικό Μουσείο.