Si hay un rasgo geológico que llame la atención al visitante de la Serranía de Cuenca es la existencia de un paisaje muy singular, en el que abundan caprichosas formas geológicas que dan lugar a parajes de belleza misteriosa que incitan a la imaginación, como demuestra la toponimia local. Este peculiar paisaje, esculpido por la incansable labor del agua sobre las rocas calcáreas, se denomina kárstico, y su formación se debe a la disolución y/o precipitación de las rocas, en este caso calcáreas, que constituyen el sustrato mayoritario de esta región. Un breve paseo por cualquier lugar de la Serranía de Cuenca permite visitar espectaculares elementos geológicos de origen kárstico que reciben popularmente nombres como ciudades encantadas de roca, laberintos, callejones, setas, arcos, simas, tobas, torcas, hoces, etc., que hacen de este lugar un auténtico “museo al aire libre” de manifestaciones kársticas y una referencia nacional para el estudio del karst.
Pero la geología de la Serranía no es sólo karst. La presencia de espectaculares pliegues y fallas, así como el efecto de la erosión sobre las rocas, da lugar a formación de notables relieves estructurales condicionados por la disposición de los estratos, como crestas, escarpes, cuchillos, cuestas y parameras. La tectónica también es la responsable del trazado de los cursos fluviales y de una singularidad más de la zona: mientras que en algunos lugares las rocas se muestran intensamente deformadas, en otras zonas cercanas el plegamiento es casi inexistente. La erosión acentúa más aún este hecho, resultando un relieve cambiante, con fuertes contrastes entre zonas muy cercanas, lo que proporciona cierto dinamismo al paisaje.
Además, en la Serranía se conservan algunas series estratigráficas de alto valor: Son acumulaciones de rocas que reflejan cómo eran las condiciones de sedimentación hace cientos de millones de años. Estas rocas se convierten, por tanto, en un registro único para entender cómo fue la evolución geológica de la zona. Algunos ejemplos son las series del Cretácico inferior de la Muela de la Madera y de Las Majadas, o las series del Jurásico y Cretácico de la Umbría de la Virgen. Y por si fuera poco, las rocas de la Serranía esconden también importantes restos paleontológicos, como restos de mamíferos de la Era Secundaria o restos de huevos de dinosaurio conservados excepcionalmente.