El Parc Natural està ubicat a la serralada prelitoral, un xic decantat cap a la depressió central. 
El material que el forma predominantment és la roca pinyolenca (conglomerat) del Terciari (Eocè). Alternant amb capes de pinyolenc apareixen estrats discontinus de gresos vermells, més abundants com més a ponent, cap a la depressió central. Per altra banda els còdols més grossos del pinyolenc els hem d'anar a buscar a la part de llevant i sud, on poden arribar a tenir diàmetres superiors al metre. Tota aquesta gran massa de roques sedimentàries es va sedimentar amb un règim de forts aiguats i per rius amb fort pendent, en un gran delta.
El gruix de material supera els mil metres. Posteriorment els còdols es van cohesionar i adoptar la consistència pètria actual. Molt més tard moviments de les masses continentals i del nivell del mar han fet emergir els materials sedimentaris que han sofert erosió, adoptant formes encinglerades i amb agulles i monòlits. La infiltració de l'aigua de pluja durant milions d'anys ha provocat diferents fenomens càrstics: coves i avencs. 
Entre les coves més importants destaquen la del Manel (la més llarga: 954 m), les coves de Mura (180 m molt ben visitables), dels avencs cal destacar el de l'Espluga (el més profund: 123 m) i el de Castellsapera. 

(Font: Diputació de Barcelona)