A barlang feltárásának története 1986-ra nyúlik vissza, amikor Liviu Vălenaş és fia, Adrian Vălenaş az első terepbejárást kezdeményezik a Cârligaţi - Cornu Muntelui - Fântâna Rece csúcsok alkotta északi főgerinc meredek, déli lejtőjén, a Valea Rea-patak vízgyűjő területén. Ezen a felszíni bejáráson Adrian Vălenaş egy zsombolybejáratot fedez fel 1300 m. tengerszint feletti magasságban, az erdőhatár közelében. Ekkor még azonban senki nem sejtette, hogy a félméternyi, anizuszi dolomitban nyíló és nem túl sokkal kecsegtető zsombolybejárat egy még csak nem is feltételezett, teljesen ismeretlen barlangrendszer kulcsa lesz. Az Adrian-zsomboly első feltárására 1987 augusztusában kerül csak sor, amikor Liviu Vălenaş és Damm Pál egy -29 méteren található szűkületig jutnak le. Ezt az akadályt két héttel később a Damm Pál, Móréh Károly és Keserü György alkotta csapat bontja át (utóbbiak a marosvásárhelyi "Ursus Spelaeus" barlangkutató csoporttól). Damm Pál átjut a szűkületen, és néhány újabb szűk járatrész leküzdése után egy aknához ér, melyből vízfolyás zaja tör fel.
A barlangjárat által támasztott akadályok miatt a feltárás nehézkesen haladt. Az összetett kutatási tevékenység eredményeképpen, melyben több barlangkutató csoport tagjai vesznek részt, - a teljesség igénye nélkül: Damm Pál, Kiss Zoltán ("Z"), Radu Pop ("Speotelex" Kolozsvár), Horaţiu Corbeanu, Mioara Burcu, R. Daniel, Ruxandra Vâlceleanu, Gabriela Şchiopu ("Labirint" Bukarest), Horia Mitrofan, Constantin Gagea ("Speo. Comp. Paragina") - 1990-re a barlang mélysége eléri a -118 métert. Azonban a végponton egy egyértelműen áthatolhatatlan, járhatatlan szűkület állja a kutatók és a továbbjutás útját, melyen a járatokban összegyűlt kis vízfolyás is csak nehezen képes átpréselni magát. Ekkor úgy tűnt, az Adrian-zsomboly kutatása a végéhez ért...
De végül nem így történt. Az esetleges továbbjutás keresésének szentelt akciók végül is eredményre vezettek. A végső elkeseredés okozta elszántság vette rá a Zih József, Perényi Katalin és Szűcs Szabolcs alkotta csapatot arra, hogy 1993 májusában és júliusában, két végponti túra keretében, a -118-as végpont előtti diaklázisban felmásszanak és átpréseljék magukat a tenyérnyi széles repedés "járhatóbb" részén. További szűkületekkel tarkított, mozgalmas járatrész vezet le hozzávetőleg -140 méter mélységig, ahol váratlanul egy nagyobb víztömeg, egy tó állta a kutatók útják. Mint utóbb kiderült, ez már a nagy barlangrendszer, a Valea Rea-barlang fő vízfolyásának, a Collectornak a vize. Három nappal később Zih József, Perényi Katalin, Damm Pál és Mihai Botez leküzdik ezt az akadályt, és több mint egy kilométeren át követik a patakos járatot, amely a Homokos-terem alatti szifonban tűnik el, -280 méter mélyen a bejárattól. Ezt az akciót három másik feltáró túra követi, még mindég az 1993-as nyári tábor keretében, amelyeken Zih József, Perényi Katalin, Szűcs Szabolcs, Călin Pop és Zima Imre egy darabon feltárják a főág feletti fosszilis járatrészt, valamint az Adrian-zsomboly egy eddig figyelmen kívül hagyott pontján rátalálnak az Eldugott Labirintusra, amely a Nagy-szakadékon és a Második (fosszilis) Tűzoltó-járaton keresztül egy sokkal járhatóbb lejutást biztosít a Collector, azaz a főág irányába. Még ugyanennek az évnek augusztusában Zih József és Mihai Botez megtalálják a Homokos-terem feletti továbbjutást és 300 méternyi új járatrészt, majd egy hónappal később Zih József és Perényi Katalin folytatják a terület feltárását, elérik újra a főág nagy patakját, a Collectort, amely itt 500 méteren követhető. Azonban a patakos járat mindkét végét mély szifon zárja le.
Ez a végpont 1994 áprilisáig tart ki. Ekkor kerül sor ugyanis az első földalatti bivakos táborra a Valea Rea-barlangban, jelentős részvétel mellett. A Călin Pop, Radu Pop és Szűcs Szabolcs alkotta csapatnak a Második (aktív) Agyagfolyón keresztül sikerül megkerüli a Collector alsó szifonját és leereszkedni a főág egy eddig ismeretlen részére. A Collectort 500 méteren sikerül követni, a főág további feltárásának -305 méteren a Világvége-szifon állja útját. A felső, fosszilis járatok átfésülése a Paradicsomnak elnevezett járatrész feltárását eredményezi. A bivak további eredményei közé tartozik a Damm Pál és Dan Pitic által felfedezett Óriások terme (104/40/30 méter) és a Ventilátor-vízesés kürtőjének kimászása 71 méter magasságig, melyben Zih József, Perényi Katalin és Simone Re (utóbbi a Speo Club Roma tagja) vettek részt.
Egy viszonylag kevesebb feltárással járó időszak után, 1996-ban Zih József, Perényi Katalin és Szűcs Szabolcs rátalálnak a Világvége-szifont megkerülő továbbjutásra, újra elérik a főágat és a Collectort, amely víznek felfelé egy újabb szifonnal ér véget, -310 méteren. Ezzel a felfedezéssel kezdetét veszi a Világvégén Túli rész feltárása, melyben az előbb említettek mellett Călin Pop, Dezső József és Magyari Ferenc is részt vesznek. Ez a csapat 1997 októberében egy labirintikus, fosszilis járatrészt tár fel. A főág vize, a Collector, vízesésekkel tagoltan követi a járatot képező magas diaklázist, majd váratlanul megváltozik a járat jellege, és a víz egy 40o-os meredekségű, réteglapon kialakult járatban dübörög alá. Ez a második Spelunca járat. Újabb 50 méterrel lejjebb, valahol -382 méter mélyen a bejárathoz képest a Collector eléri az utolsó, a barlang végét jelentő szifont.
Időközben a csoport fő kutatási területe ismét áttevődött Vărăşoaiára, a V5-ös környékére. Több mint egy évtizednek kellett eltelnie, amíg a Valea Rea újra előtérbe került, egy nosztalgia-túra erejéig. 2010 októberének végén Zih József, Perényi Katalin és Szűcs Szabolcs egy földalatti bivakra szánják rá magukat, melynek keretében sikerül átbontani a hírhedt Kínai Néphadsereg omlást, és elérni a már tizenöt évvel azelőtt Ráday Mihályról elnevezett járatot (unokáink sem fogják látni). Az 5-6 méter magas és 3 méter széles járat hozzávetőleg 50 méter után egy vízeséssel tarkított leszakadással ér véget. Az aknába zuhanó víz a Második Agyagfolyó egy ismert afluensének felső, eddig fel nem tárt részéből érkezik ide. Bár a zóna feltárása még nem ért véget, de úgy tűnik az átbontott omlásban tapasztalható erős huzat nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket.
A Valea Rea-barlang jelenleg ismert járatainak hossza megközelíti a 18 kilométert, amelyből a feltérképezett részek több, mint 16 kilométert tesznek ki. A teljes szintkülönbség -382 méter. A barlang térképezési munkálatait Damm Pál és Zih József vezette. A barlang Románia legnagyobb barlangi-ásvány múzeuma. Az eddigi mineralógiai vizsgálatok eredményeképpen a barlangban több, mint harminc különböző ásványt határoztak meg, melyekből huszonhármat barlangi képződmények alkotóelemeiként azonosítottak. Négy itt fellelhető ásványt a világon elsőként határoztak meg barlangi környezetben. A Valea Rea-barlang egyedi gipszképződményei tekintetében is, mint Románia gipszekben leggazdagabb és legváltozatosabb barlangja.
A Valea Rea-barlang eddig adós maradt a teljes vízrendszer felső harmadának járataival. Jelenleg ez a barlang kutatásának fő iránya. 2014 júniusában egy Zih József vezette kutatótábor alkalmával, melyben a Marcel Loubens BE tagjai is részt vettek, a csoport folytatta a Ventilátor-vízesés - Piskóta Fosszil közötti járatrészek feltárását. A Ventilátor-vízesés felső részének kimászása során egy eddig ismeretlen fosszilis szint feltárására került sor. Az új járatot hozzávetőleg 100 méteren sikerült követni egy újabb aknáig... A tervek szerint a kutatás ezen a ponton folytatódik. A cél pedig a felső ág felfedezése, mely több kilométernyi járatával teljes bizonyossággal ott szunnyad valahol a Bihar-hegység északi főgerincének meredek déli lejtője alatt.
