Nazwa doliny pochodzi od znajdującego się w starych Kościeliskach kościółka. Uznawana za jedną z najpiękniejszych, jeśli nie za najpiękniejszą dolinę tatrzańską. Zajmuje obszar 35 km2 jest również jedną z największych dolin (jest mniejsza jedynie od Doliny Chochołowskiej). Wylot doliny znajduję się na południe od miejscowości Kościelisko, w Kirach (930 m n.p.m.). Tą, mierzącą 9 km długości walną dolinę, od zachodu zamyka grzbiet Ornaku, Iwanicka Przełęcz (1459 m n.p.m.) i Kominiarski Wierch (1829 m n.p.m.). Górną granicę doliny wyznacza grań Tatr Zachodnich biegnącą od Ciemniaka (2096 m n.p.m.) do Błyszcza (2150 m n.p.m.). W górnej części doliny znajdują się Polana Pyszniańska i Polana Tomanowa. Głównym potokiem doliny jest Potok Kościeliski (od wylotu zwany Kirową Wodą; razem z Siwą Wodą tworzą Czarny Dunajec). Dolina posiada wiele dolin bocznych (Dolina Miętusia, Wąwóz Kraków, Dolina Tomanowa).  Ułożone w poprzek doliny pasma skalne o zróżnicowanej odporności, poddane procesom erozji utworzyły polany i przewężenia tzw. bramy. Główne atrakcje turystyczne w tym rejonie to udostępnione do zwiedzania jaskinie oraz malowniczo położony Staw Smreczyński. Niewątpliwie najczęściej odwiedzaną przez turystów jest sztucznie oświetlona Jaskinia Mroźna. Dla ruchu turystycznego udostępniona jest również Jaskinia Mylna i Jaskinia Raptawicka.