Οι αναφορές στο μαντείο του Τροφωνίου και στη μορφή της λατρείας του σε αυτό απαντούν σε αρκετά χωρία της αρχαίας ελληνικής γραμματείας που χρονολογούνται από τον 5ο αι. π.Χ. ως τον 2ο αι. μ.Χ. Ελάχιστοι όμως από τους συγγραφείς φαίνεται πως είχαν επισκεφθεί προσωπικά το μαντείο. Οι σημαντικότερες από τις αναφορές βρίσκονται αρχικά στο έργο του Ηροδότου (1.46-47, 8.134), του Αριστοφάνη (Νεφέλες, 508. Βλ. και Σχόλια τῶν Νεφελῶν τοῦ Ἀριστοφάνη 508) και του Ευριπίδη (Ίων 300-302, 392-394, 403-409). Στη μυστηριακή λατρεία του Τροφωνίου αναφέρονται τον 4ο αι. π.Χ. οι ποιητές Άλεξις και Μένανδρος, εκπρόσωποι της Μέσης και Νέας Κωμωδίας αντίστοιχα. Τον 1ο αι. π.Χ./1ο αι. μ.Χ. ο γεωγράφος Στράβων επισκέφθηκε το μαντείο, για το οποίο κάνει μια σύντομη αναφορά (Γεωγραφικά 9.2.38). Τον 2ο αι. μ.Χ., ο Πλούταρχος, που καταγόταν από τη γειτονική Χαιρώνεια, συνέγραψε ειδικό έργο αφιερωμένο στο τελετουργικό που ακολουθούταν εκεί (Περί της εις Τροφωνίου καταβάσεως). Ο ίδιος μάλιστα, στο έργο του Περί τοῦ Σωκράτους δαιμονίου 21-22, αναφέρει ένα νεαρό συντοπίτη του, ονομαζόμενο Τίμαρχο, ο οποίος κατέβηκε στο άντρο και παρέμεινε εκεί για δύο νύχτες και μια ημέρα. Στην κάθοδο στο υπόγειο σπήλαιο αναφέρεται και ο σύγχρονος του Παυσανία Λουκιανός (Νεκρικοί διάλογοι 3.2, Μένιππος 22).
Η πληρέστερη, ωστόσο, περιγραφή του μαντείου και του τελετουργικού του ανήκει στον περιηγητή Παυσανία (2ος αι. μ.Χ.), ο οποίος όχι μόνο το επισκέφθηκε, αλλά και χρηστηριάστηκε και ο ίδιος σ’ αυτό. Από την πολύτιμη μαρτυρία του Παυσανία προκύπτει ότι στην εποχή του είχαν επιβιώσει πολλά αρχαϊκά και βασικά στοιχεία του σύνθετου τελετουργικού, που περιλάμβανε καθαρμούς, εγκοίμηση, ειδική δίαιτα, λουτρό, επάλειψη ελαίου, πόση ύδατος, προσευχές, ένδυση με λινή εσθήτα και σάνδαλα και, τέλος, την υπό τη γην κάθοδο, η οποία εμφανίζεται ήδη στις παλαιότερες πηγές. Κατά την περιγραφή του, όποιος αποφάσιζε να κατέλθει στο μαντείο διέμενε πρώτα, για ορισμένες μέρες, σε ένα οίκημα που ήταν αφιερωμένο στον Αγαθό Δαίμονα και την Αγαθή Τύχη. Κατά το διάστημα της εκεί παραμονής του ακολουθούσε τους καθιερωμένους κανόνες τελετουργικού καθαρμού: λουζόταν στα νερά της Έρκυνας και θυσίαζε στον Τροφώνιο και τα παιδιά του, αλλά και στον Απόλλωνα, στον Κρόνο, στο Δία Βασιλέα, στην Ήρα Ηνιόχη και, τέλος, στη Δήμητρα, την οποία αποκαλούσαν Ευρώπη και πίστευαν πως ήταν η τροφός του Τροφωνίου. Κάθε φορά ένας μάντης εξέταζε τα σπλάχνα των διαφόρων θυμάτων και προέλεγε τις προθέσεις του θεού έναντι εκείνου που επιθυμούσε να λάβει χρησμό. Η τελική θυσία γινόταν στο «λάκκο του Αγαμήδη» και, εφόσον και αυτής τα σημάδια από τα σπλάχνα του θυσιαζόμενου κριού αποδεικνύονταν ευνοϊκά, ο ενδιαφερόμενος κατερχόταν στο χάσμα και το υπόγειο μαντικό σπήλαιο γεμάτος ελπίδες.