Świętokrzyski Park Narodowy i jego otulina należą pod względem budowy i różnorodności geologicznej do jednych z bardziej interesujących miejsc, nie tylko w Polsce, ale całej Europie. To tutaj możemy obserwować utwory geologiczne pochodzące z szeregu rozmaitych epok geologicznych. Odmienność ta występuje na względnie małej powierzchni i przy mniejszym zróżnicowaniu morfologicznym niż w innych polskich górach. Oprócz szeroko reprezentowanej na terenie Parku ery paleozoicznej, występują również utwory pochodzące z ery kenozoicznej (trzeciorzęd oraz czwartorzęd), oraz na małej powierzchni ery mezozoicznej (trias). Niezwykle odporne na wietrzenie utwory paleozoiczne stanowią trzon najwyższych pasm znajdujących się na terenie Parku. Utwory kenozoiczne natomiast, zalegają w głównej mierze na partiach podstokowych oraz w dolinach.
Pasma górskie dzielą doliny: Wilkowska i Dębniańska na północ od Łysogór oraz dolina Bodzentyńska na północ od pasma Klonowskiego. Skały budujące ten obszar to różnowiekowe skały osadowe, przeważnie pochodzenia morskiego (o różnych warunkach sedymentacji). Szczególnym miejscem w ŚPN jest enklawa skarpa „Zapusty”. Różni się od pozostałych elementów morfologicznych, znajdujących się na terenie Parku. Zbudowana jest ona ze skał węglanowych, a nie krzemionkowych, co warunkuje rozwój innych zbiorowisk roślinnych i zwierzęcych.
Pasmo główne (Łysogórskie) zbudowane jest przede wszystkim z górnokambryjskich, piaskowców kwarcytowych oraz piskowców z przewarstwieniami łupków i mułowców.
Tworzą one rozległe wychodnie przykryte cienką warstwą zwietrzeliny (gleby) w dużej części pokrytej szatą roślinną. W nielicznych miejscach wychodnie piaskowców łysogórskich manifestują się w formie rozsypujących się na bloki skałek a nawet monolitów skalnych. Na przykład szczyt Łysicy, czy wychodnia przed bramą klasztorną. Tutaj mamy możliwość „dotknąć” jednych z najstarszych skał w Polsce, występujących na powierzchni.
To właśnie na tych skałach, w wyniku oddziaływania klimatu peryglacjalnego i silnych procesów wietrzeniowych, powstawały słynne łysogórskie gołoborza. Widoczne są dziś głównie na północnych stokach masywu Łysej Góry i Łysicy.
Pasmo Klonowskie i Pokrzywiańskie zbudowane jest z różnego rodzaju piaskowców dolnodewońskich. Znajdują się one zazwyczaj pod przykryciem gleby porośniętej roślinnością. Na szczycie Bukowej Góry możemy jednak obserwować efektowną wychodnię skalną. Mniej odporne skały ordowiku i syluru (piaskowce, szarogłazy, łupki) z reguły przykryte są warstwami osadów czwartorzędowych – pochodzenia polodowcowego (piaski, gliny), eolicznego (piaski, lessy) bądź rzecznego (piaski, żwiry).