Většinu podloží chráněného území tvoří tzv. kvádrové pískovce, které tu byly uloženy v období křídy. V období terciéru byla v oblasti aktivní sopečná činnost, vzniklo tu mnoho podpovrchových těles. Okolní křídové sedimenty byly postupem času rozrušeny a odneseny řekami, protože jsou méně odolné než tvrdé magmatické horniny. Tímto způsobem vznikl i nejznámější kopec a dominanta Českého ráje – Trosky. Hora Kozákov (745[4] m n. m.) je známým nalezištěm drahých kamenů (zejména odrůd křemene). Na území CHKO jsou evidovány stovky jeskyní a skalních dutin, nejvýznamnější se nachází v přírodní rezervaci Klokočské skály. Dvě jeskyně v území jsou uzavřeny pro veřejnost z důvodu ochrany vrápence malého (Sklepy pod Troskami a Krtola). Ze stejného důvodu je uzavřena tesaná pískovcová štola na úpatí Kozákova.
