En la superficie comprendida en el Parque Nacional se hallan representados los cuatro periodos geológicos, aunque la importancia del Primario y Cuatemario es mínima puesto que cubre unas superficies poco importantes. Son la Era Secundaria y la Terciaria las de mayor representación, a pesar de que sus series no son completas. Los materiales predominantes en todo el área son los calizos, causantes de la especial morfología de la zona.
Agentes erosivos como el viento y, muy especialmente, el agua y el hielo han sido los encargados de moldear y cincelar el paisaje del Parque Nacional de Ordesa y Monte Perdido hasta el estado actual en que lo podemos apreciar.
La disolución de las rocas calizas por parte del agua -fenómenos kársticos- creó estrechas gargantas y cañones de desagüe, como en el caso de Escuaín o de Añisclo-, además de un complejo sistema de grutas, cavernas, simas y ríos subterráneos. Así a lo largo y ancho de la geografía del Parque es posible encontrar paisajes intensamente karstificado s como el sistema de cuevas heladas de Marboré, la Gruta Helada de Casteret, el conjunto subterráneo de Escuaín -uno de los más importantes de nuestro país desde el punto de vista espeleológico-, así como numerosas dolinas, ollas, marmitas de gigante, lapiaces superficiales y depresiones endorreicas -como las de Millaris y Salarons-.
Los escasos depósitos que aparecen en la zona son de origen glaciar y postglaciar. Los hielos de la Era Cuatemaria, en su periodo Pleistoceno, fueron los encargados también de dar forma a buena parte del macizo, con circos y valles en forma de "U" que contrastan con los fluviales en forma de "V". Durante más de un millón y medio de años, las nieves y los hielos nórdicos se desplazaron hacia el sur, entre dos y cuatro veces según autores, con etapas interglaciares de regresión.
A periodos intensamente fríos, siguieron otros de condiciones climáticas cálidas e incluso áridas. La fauna y la flora se desplazaban en el mismo sentido que los hielos o se adaptaban a las nuevas condiciones. En los periodos fríos, los Pirineos y por lo tanto el macizo de Monte Perdido, quedaron abiertos por los enormes casquetes de hielo a partir de los que se extendían grandes lenguas glaciares, acomodándose a los modelados preexistentes y remodelando en su avance las estructuras orogénicas de la Era Terciaria con una doble acción: erosión y acúmulo de materiales. Las cubetas de sobreexcavación, hoy ocupadas por las gélidas aguas de los ibones o bien colmatadas por sedimentos -dando lugar a húmedas praderas-, aparecen también a consecuencia de la pasada acción glaciar. Las morrenas glaciares nos hablan del pretérito esplendor de las masas de hielo, hoy acantonadas a pequeños glaciares de circo con tamaños residuales (Monte Perdido, Marboré y Soum de Ramond).