El parque natural se encuentra en una de las zonas más antiguas de la isla formada por materiales traquítico-fonolíticos del Ciclo I, posiblemente de más de 12 millones de años. Sobre éste y ya dentro de la segunda fase, se desarrolla el conjunto de materiales mayoritarios del Parque, las coladas de ignimbritas y lavas fonolíticas intercaladas. Por último, durante el Cuaternario, la actividad erosivo-sedimentaria ha dado lugar a diferentes depósitos de laderas y colusiones, con mayor frecuencia en al mitad septentrional del Parque.
Al Parque se le confiere un elevado valor geomorfológico dado que conserva en su manera más natural variadas formas del relieve propias de ambientes xéricos, de gran antigüedad y sin ningún retoque constructivo desde casi una decena de millones de años. Las áreas de muy alto interés geomorfológico son: Santidad, Lomos de Pedro Afonso, Las Mesas, Arco de Las Cruces, Montañón de Escusabarajas, Barranco de La Data, Hoya Grande, Los Vicentes y Vicentillos.