Στο Μυλοπόταμο, πάνω από ένα γραφικό όρμο, βρίσκεται το σπήλαιο της Αγίας Σοφίας, το μεγαλύτερο από τα τρία ομώνυμα σπήλαια των Κυθήρων. Τα άλλα δύο βρίσκονται στον Κάλαμο και την Αγία Πελαγία αντίστοιχα. Σύμφωνα μάλιστα με τους τοπικούς θρύλους τα σπήλαια αυτά ενώνονται μεταξύ τους.
Ήδη από το 13ο αι. οι Κυθήριοι μετέτρεψαν τον προθάλαμο του σπηλαίου σε χώρο εκκλησιαστικής λατρείας, ενώ οι ξένοι περιηγητές που καταφτάνουν στο νησί από το 17ο αι. αποτυπώνουν στις μαρτυρίες τους το δέος που προκαλούσε αυτό το σκοτεινό βάραθρο της γης. Μέσα στο σπήλαιο, τα παλιά χαράγματα με ονόματα και ημερομηνίες υπενθυμίζουν στο σημερινό επισκέπτη ότι πριν από αυτόν προηγήθηκαν και άλλοι πολλοί, όπως ο Άγγλος περιηγητής του 1810, αλλά και οι ίδιοι οι Κυθήριοι που αναζήτησαν καταφύγιο στο σπήλαιο στη διάρκεια της Κατοχής. Η πρώτη συστηματική εξερεύνηση του σπηλαίου του Μυλοποτάμου, όπως και των υπολοίπων του νησιού, έγινε τη δεκαετία του `30 από τους κορυφαίους σπηλαιολόγους της χώρας μας Ιωάννη Πετρόχειλο και τη σύζυγό του Άννα.
Η συνολική έκταση του σπηλαίου είναι 2200 τ.μ., ενώ το επισκέψιμο τμήμα του διαμορφώνει μία διαδρομή μήκους 250 μ. Τέσσερα εκατομμύρια χρόνια γεωλογικής ιστορίας σμίλεψαν το θαυμάσιο αυτό γλυπτό της φύσης. Δεν είναι μόνο οι σταλαγμίτες, που μπορεί να φτάνουν και τα έξι μέτρα ύψος, οι μικρές λιμνούλες ή οι ολοζώντανες ρίζες των κέδρων που διαπερνούν τα πετρώματα αναζητώντας υγρασία. Το κύριο χαρακτηριστικό που αιχμαλωτίζει το βλέμμα του επισκέπτη είναι τα έντονα χρώματα του σταλακτιτικού-σταλαγμιτικού διακόσμου: το μαύρο, το κόκκινο, το κίτρινο και το λευκό εναλλάσσονται σε μια εντυπωσιακή πανδαισία, αποτέλεσμα της χημικής διάβρωσης των πετρωμάτων. Αξίζει ακόμη να σημειωθεί ότι η πανίδα του σπηλαίου φιλοξενεί ένα σπάνιο ενδημικό είδος ισόποδου, το Kythironiscus Paragamiani.
Η Αγία Σοφία του Μυλοποτάμου διασώζει και το αρχαιότερο δείγμα σπηλαιώδους ναού στο νησί. Οι τοιχογραφίες με τις ολόσωμες μορφές των αγίων στον προθάλαμο του σπηλαίου χρονολογούνται στον 13ο αι. Μεταξύ των εικονιζομένων μορφών διακρίνεται η Αγία Σοφία και οι τρεις κόρες της, Αγάπη, Πίστη και Ελπίδα. Οι αγιογραφίες, ζωγραφισμένες με τη τεχνική της νωπογραφίας, διατηρούνται σε άριστη κατάσταση, χάρη στην έλλειψη φωτός, στην υγρασία και στη σταθερή θερμοκρασία, που επικρατούν μόνιμα στο χώρο. Αμέσως μετά, ο επισκέπτης συναντά το νεότερο εκκλησάκι, κτίσμα του 1875. Λίγο πιο πέρα υπάρχει ένα κοίλωμα που γεμίζει με το νερό που στάζει από την οροφή· παλαιότερα χρησίμευε ως κολυμπήθρα για την ίαση παιδιών που είχαν γεννηθεί με προβλήματα υγείας. Στην Αγία Σοφία, λοιπόν, οφείλει το όνομά του το σπήλαιο του Μυλοποτάμου, αν και άλλη παράδοση υποστηρίζει ότι τα τρία ομώνυμα σπήλαια του νησιού είχαν αρχικά αφιερωθεί στην του θεού σοφία.
