Góry z centralnej części parku – Chisos Mountains – powstały 46 do 28 mln lat temu na skutek procesów plutonicznych i wulkanicznych. W wyniku działań wulkanicznych powstały Rosillos Mountains, McKinney Hills oraz Grapevine Hills – fragment Chisos Mountains bardzo chętnie odwiedzany ze względu na swoją widowiskowość. Skały wulkaniczne występują w centralnej i południowo-zachodniej części parku, z wyłączeniem najdalej wysuniętych fragmentów na zachód, w których są osadowe skały trzeciorzędowe i czwartorzędowe. Wzdłuż zachodniej części parku biegnie granica Pasa orogenezy Marathon silnie sfałdowanego terenu powstałego na skutek ruchów endogenicznych i transgesji na pograniczu płyt. Właśnie ten obszar jest bogaty w takie pierwiastki jak rtęć (Hg), uran (U) i fluor (F), z których ten pierwszy był długo eksploatowany na skalę przemysłową.
W wyniku najmłodszych ruchów tektonicznych sprzed 2 mln lat powstały uskoki, których efektem są spektakularne kaniony rzeki Rio Grande – Santa Elena Canyon i Boquillas Canyon.