云台山在远古时代乃是一片汪洋，随着世纪的流逝，地壳的变动，逐渐升起、抬高形成平原。在十几亿年前造山运动时期（奥陶纪和震旦纪），地貌景观发生了很大的变化。在燕山期，北部上升，形成高山，南部下降，形成平原。在喜玛拉雅造山运动影响下，又使山区激剧上升，河流迅速下切，形成又深又陡的峡谷。其后，地表、地下水沿裂隙对岩石进行溶蚀，再加上其它风化营力的影响，形成了现在的山、石形态。

距今约14亿至3亿年间的中元古界蓟县系云梦山组-上石炭统太原组地层，出露系统而完整；有太古界－早元古界基底、还有典型的构造遗迹，诸如基底太古界片麻杂岩构造，早元古界表壳岩的底僻穹窿构造，盖层的超覆构造，韧性剪切带构造，韧-脆性变形构造，脆性断裂构造，单面山构造，以及盖层中的垮塌构造，滑坡构造等。特殊的构造部位和地层岩性条件，使公园内水体和水动力作用极为发育，形成的瀑布、溪泉和河流钙华阶地、钙华瀑、钙华滩等代表了中国北方岩溶的特点。尤其是新构造运动遗迹，遍布园区各处，十分典型。