Svärden, som bedöms vara 1 900 år gamla, tros enligt forskare ha gömts i grottan av judiska rebeller under ett uppror mot Romarriket på 130-talet. Längst in i en av grottans djupaste delar hittades också en romersk spjutspets som var i nästintill orört skick.
Arkeologerna hade återvänt till grottan nära ökenoasen Ein Gedi för att dokumentera en inskription som hittades där för femtio år sedan.
Guy Stiebel, arkeolog vid Tel Avivs universitet som specialiserat sig på romersk militärhistoria, säger till AFP att fynd av så pass välbevarade romerska vapen är sällsynta.
– Vart och ett av dem kan berätta en hel historia, säger han.
Det svala, torra och stabila klimatet i ökengrottor har även tidigare bidragit till att lämningar från svunna tider hittats i ett exceptionellt gott skick, däribland Dödahavsrullarna, som upptäcktes 1947.