En relación con los valores geológicos del ámbito territorial que abarca el Parque Nacional, cabe destacar principalmente dos aspectos: la belleza de sus paisajes kársticos y la singularidad del afloramiento de peridotitas.
En cuanto al patrimonio geológico de la Sierra de las Nieves, mayoritariamente aparecen las denominadas sierras blancas, constituidas por rocas sedimentarias de calizas y dolomías, que se solapan con las llamadas sierras pardas, compuestas por rocas ígneas peridotitas), que se vuelven rojizas por la oxidación del hierro que contienen, y las rocas metamórficas (gneises, pizarras y filitas).
Las rocas calizas o carbonatadas dominan los dos tercios septentrionales del Parque Nacional, alcanzándose las máximas altitudes del espacio protegido en el pico Torrecilla (1.919 metros) y Cerro Alto (1.814 metros). Estas cotas son, asimismo, las más elevadas de Andalucía occidental. El carácter soluble de las rocas calizas ante el agua de las precipitaciones ha generado un peculiar relieve denominado kárstico, en el que abundan los tajos, dolinas, lapiaces, simas y manantiales. A destacar, el mayor sistema de cavidades subterráneas de la mitad sur de la Península Ibérica, en el que se encuentran innumerables simas, entre las que destaca la GESM, que con 1.101 metros de profundidad es la más honda de Andalucía. Este impresionante endokarst está vinculado a la existencia de una gran masa de agua subterránea o acuífero, que en algunas zonas posee hasta 1.500 metros de espesor, y que descarga en los nacimientos de tres importantes ríos de la provincia de Málaga: Grande, Genal y Verde.
En el tercio meridional abundan las rocas ultrabásicas o peridotitas, ocupando una importante porción del afloramiento malagueño de este tipo de materiales. En la Sierra de las Nieves forman relieves abruptos con grandes desniveles, al alcanzarse casi 1.500 m. a muy pocos kilómetros de distancia de la costa. Es de extraordinario interés geológico este macizo de peridotitas, el cual representa una porción del manto litosférico subcontinental, emplazado tectónicamente durante la orogenia alpina sobre un conjunto de rocas metasedimentarias constituyendo uno de los afloramientos de material del manto terrestre de mayor envergadura del planeta, cuyo espesor se ha estimado en unos 4,5 kilómetros.
Desde el punto de vista geomorfológico, la Sierra de las Nieves se caracteriza por la confluencia de las siguientes características: