Dal punto di vista geologico l'area del Parco è il frutto di formazioni successive che risalgono ad epoche molto diverse. Le rocce più antiche sono porfiroidi di origine vulcanica. In seguito, l'erosione di blocchi rialzati di porfiroidi, originò rocce sedimentarie. Studi geologici hanno ipotizzato l'esistenza di un vasto bacino marino (Tetide), che, a cavallo fra l'Era Primaria e quella Secondaria, avrebbe dato vita a grandi fenomeni di sedimentazione. Con la loro fine, databile circa 38 milioni di anni fa, ebbe inizio l'orogenesi alpina che perdura ancora oggi.

L'alternanza di rocce di origine eruttiva (porfidi) e di origine sedimentaria (calcari) ha consentito la formazione di stretti valloni, uno addossato all'altro, che culminano nel Vallone del Marguareis.

Qui si trovano ancora resti riconoscibili delle formazioni glaciali (morene) testimoni delle ultime fasi d'attività.