Jest to jedna z najdłuższych dolin walnych po polskiej stronie. Jej wylot położony jest nieopodal Brzezin przy drodze Oswalda Balzera, skąd wyprowadza popularny szlak w ten rejon. Jej południową granicę stanowi grań główna Tatr na odcinku od Kasprowego Wierchu po Świnicę, gdzie po drugiej stronie, już na Słowacji, leży Dolina Cicha Liptowska. Granicę wyznacza także wschodnia grań Świnicy, którą biegnie Orla Perć – przez nią dolina sąsiaduje z Doliną Pięciu Stawów Polskich. Od zachodu ogranicza ją grań odchodząca na północny wschód od Kasprowego Wierchu w stronę Przełęczy między Kopami oraz Królowego Grzebietu, za którą rozciąga się już Dolina Bystrej. Po wschodniej stronie, za masywem Koszystej i Ostrego Wierchu Waksmundzkiego, znajdują się Dolina Waksmundzka, będąca częścią Doliny Białki, oraz Dolina Filipka.

Nieopodal rozejścia szlaków czerwonego i czarnego dolina rozgałęzia się na dwa główne człony, którymi są Dolina Gąsienicowa oraz Dolina Pańszczyca. Szczególnie interesująca jest ta pierwsza, obejmująca słynną Halę Gąsienicową i dzieląca się na Dolinę Zieloną Gąsienicową oraz Dolinę Czarną Gąsienicową. W Dolinie Zielonej znajdują się liczne zbiorniki wodne, bo jest ich tam aż 19. Najsłynniejszym z nich pozostaje jednak położony w rejonie Orlej Perci Czarny Staw Gąsienicowy.

Najważniejszym potokiem płynącym przez tę dolinę walną jest Sucha Woda, która wypływa z Zielonego Stawu Gąsienicowego i wpada do Cichej Wody w Poroninie. Część jego wód zanika w systemie podziemnych korytarzy, stąd nazwa „Suchej” Wody, i wypływa w innym rejonie, na przykład w sąsiednim wywierzysku w Dolinie Olczyskiej. Co ważne, sam potok tworzy naturalną granicę Tatr Wysokich i Zachodnich po północnej stronie głównej grani. To jeden z tych zakątków Tatr, w którym najwyraźniej widać różnice geologiczne pomiędzy obiema częściami. Z jednej strony wznoszą się strzeliste turnie wschodniej grani Świnicy, z drugiej zaś ciągnie się łagodny grzbiet odchodzący od Kasprowego Wierchu.

Ciekawostką geologiczną pozostają także jaskinie leżące w masywie Kasprowego Wierchu i Uhrocia Kasprowego. Mogły one tam powstać z racji obecności bardziej plastycznych skał niż we wschodniej części doliny. Najsłynniejszą z nich jest długa na ponad trzy kilometry Jaskinia Kasprowa Niżnia. Miłośników przyrody ożywionej zainteresuje z kolei bardzo bogata flora tego rejonu. Prawdziwą gwiazdą, obok szarotki alpejskiej czy dębika ośmiopłatkowego, pozostaje rosnąca tu latem wierzbówka kiprzyca, która fioletowymi dywanami przyciąga rzesze fotografów.

Opisywane miejsce stanowiło niegdyś jeden z najważniejszych ośrodków pasterstwa w polskich Tatrach. Tutejsze polany stały się własnością góralskich rodów, w tym znaczących Gąsieniców, od których wzięła nazwę dolina, z nadania króla Zygmunta III Wazy. Sam rejon nazywał się wówczas Halą Stawy ze względu na liczne naturalne zbiorniki wodne. W szczytowym momencie na halach wypasano jednocześnie kilkaset owiec i krów. Ten zakątek szybko zabudowano licznymi szałasami, w których z czasem zaczęto przyjmować przybywających tu od XIX wieku turystów. Gościł ich tu chociażby król przewodników, Maciej Sieczka. Własność w dolinie ulegała z czasem ogromnemu rozdrobnieniu, przez co w momencie powstania Tatrzańskiego Parku Narodowego było tu około 380 właścicieli, a pasterskich obiektów stało bardzo dużo.

Z czasem na halach zaczęto stawiać schroniska. Pierwsze z nich otworzyło Towarzystwo Tatrzańskie już w 1891 roku i zapisało się ono w historii jako stare schronisko na Hali Gąsienicowej. Niebawem dołączyły do niego inne obiekty, jak schronisko Sieczków nad Czarnym Stawem Gąsienicowym czy funkcjonująca do dziś „Betlejemka”. W 1925 roku uroczyście otwarto schronisko „Murowaniec”, a na ceremonii obecny był sam prezydent Stanisław Wojciechowski. W okolicy powstawały też kolejne szlaki. Jeszcze w XIX wieku wytyczono ścieżkę przez Boczań z Kuźnic oraz trasy na Zawrat i Świnicę. Prawdziwą furorę zrobiło jednak ukończenie Orlej Perci w 1906 roku oraz budowa kolei linowej na Kasprowy Wierch w 1936 roku. Nie dziwi zatem, że w ten teren zaczęło ściągać coraz więcej turystów, a wśród nich takie osobistości jak Tytus Chałubiński, Henryk Sienkiewicz czy Maria Skłodowska-Curie.

Smutną kartą w historii tego rejonu była II wojna światowa. Obiekty w dolinie przejęło wówczas niemieckie wojsko. Postawioną w 1913 roku stację meteorologiczną zajęło Luftwaffe. Choć teren znajdował się pod czujnym okiem Grenzschutzu, czyli straży granicznej, często przechodzili tędy na słowacką stronę legendarni kurierzy tatrzańscy, tacy jak Stanisław Marusarz czy Józef Krzeptowski. Wycofując się stąd w 1945 roku, hitlerowcy rozkradli wyposażenie tutejszych budynków oraz nieudolnie próbowali wysadzić obserwatorium na Kasprowym Wierchu.

Najważniejszym wydarzeniem w czasach powojennych było utworzenie Tatrzańskiego Parku Narodowego w 1954 roku oraz ostateczne usunięcie stąd pasterzy wraz z ich stadami w latach 60. Pozostałe po nich szałasy z czasem objęto ochroną jako cenne zabytki. W 1962 roku wybudowano wyciąg krzesełkowy w Kotle Gąsienicowym, co przyciągnęło w ten rejon jeszcze więcej narciarzy. Z kolei na turniach w rejonie Świnicy i Kościelca pierwsze górskie szlify zdobywały późniejsze gwiazdy światowego himalaizmu: Jerzy Kukuczka, Wanda Rutkiewicz czy Krzysztof Wielicki.

Współcześnie do Doliny Gąsienicowej można łatwo dotrzeć z Brzezin czarnym szlakiem albo z Kuźnic niebieskim szlakiem przez Boczań lub żółtym przez Dolinę Jaworzynki. Dalej prowadzą stamtąd również nietrudne ścieżki nad Czarny Staw Gąsienicowy lub na Kasprowy Wierch. Osoby szukające silniejszych górskich emocji znajdą je, wybierając się stąd na Orlą Perć, Kościelec albo Świnicę.

Miejsca na Hali Gąsienicowej:

Schronisko Murowaniec
Betlejemka
Czarny Staw Gąsienicowy
Zielony Staw Gąsienicowy

Szlaki z rejonu wylotu Doliny Gąsienicowej 

Szlak czarny do schroniska Murowaniec (1 h 20 min)
Szlak czerwony do Toporowej Cyrhli (35 min)
Szlak czerwony na Waksmundzką Rówień (1 h 10 min)