En la superficie comprendida en el Parque Nacional se halla representados los cuatro períodos geológicos, aunque la importancia del Primario y Cuaternario 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 calizos, causantes de la especial morfología de la zona. Era Paleozóica o Primaria:
Se halla una pequeña representación del Devónico Inferior y Medio, correspondiendo a una pequeña zona alrededor del Pico Blanco, ya en la frontera con Francia.
La edades y materiales principalmente representados son:
-Devónico inferior con pizarras, calizas arcillosas y grawacas.
-Devónico medio con calizas, cuarcitas y dolomías.

Estos materiales corresponden a una antigua sedimentación marina, apareciendo hoy intensamente plegados y fallados por la larga historia geológica que sufrieron después de su deposición. Corresponden a la masa alóctona hercínica que se desplazó con dirección norte-sur.
Era Secundaria:
El paso del Pelozóico al Secundario se da medianamente discordancia. En algunos lugares como en el valle de La Larri hay unos niveles de transición permotriásicos de areniscas y arcillas, pero no quedan representados en el Parque.
El Jurásico falta en la zona, siendo el Cretácico el que está ampliamente representado. Las series se caracterizan por dominar entre sus componentes la caliza. Son las calizas del Cretácico Superior que para Dalloni eran sólo de edad Campaniense y Maestrichtenses. Actualmente se considera que aparece la serie de Cretácio Superior, época caracterizada por depósitos marinos a consecuencia de la transgresión cenomanense que a su vez no es más que la repercusión de los movimientos orgénicos paleoalpídicos.

En el Senoense se distinguen dos formaciones:
– La formación Estrecho: calizas y dolomías de color gris oscuro del Campanense con una fauna de rudísticos y orbitoides que indican una sedimentación de plataforma marina de poca profundidad.
– La formación Tozal: calizas del Maestrichtense con una fauna rica en micromamíferos y con un espesor de 400 a 700 mertros, presentes en la Faja Pelay. Tiene tonalidades amarillento-rojizas.
Era Terciaria:
Tiene también gran importancia por su gran representación en el Parque Nacional de Ordesa y Monte Perdido. Son, al igual que los materiales secundarios, las calizas el material que predomina en la serie.
El Eoceno está representado en:
– La formación Salarons, de edad Dano-montiense, compuesta por dolomías grises y negras, y calizas dolomíticas. Tiene un espesor de 60 a 100 metros que se corresponden con una sedimentación de ambiente menos marino que las formaciones Estrecho y Tozal del Cretácico, como lo demuestra el no haber encontrado fósiles. En realidad este ha sido el criterio de diferenciación con la formación Gallinera. Se localiza en el circo de Cotatuero y en el Puente de los Navarros.
– La formación Ganillera, del Dano-montiense e Ilerdense inferior que se corresponde con una sedimentación calcárea con gran proliferación de foraminíferos y algas muy representativas de esta unidad. Son las llamadas calizas alveolinas que constituyen un conjunto potente de materiales compactos. Tiene un espesor de 240 metros en Ordesa. Estas calizas forma la base del macizo del Marboré del Cilindro y Monte Perdido.
– Formación Millaris, que toma su nombre del pico, es de la edad Ilerdense superior, predominando las margas y margo-calizas. Esta formación en la vertiente norte del valle de Ordesa se encuentra muy erosionada debido a su fuerte fracturación. El hielo ejerce su acción desgastadora formando unos planos o «catuartas». Son raros los fósiles en esta formación, y los vistos se encuentra en mal estado de conservación.
-Formación Flysch, de edad Cuisiense. Aparece apoyándose en la anterior, siendo sus materiales las areniscas, arcillas y calizas, alternando en capas no muy potentes, desde pocos milímetros hasta un metro, pero dando al conjunto una serie potente de un número considerable de metros. Presenta una fauna fósil parecida a la de la formación Gallinera, esto es, principalmente nummulites. El Flysch posee gran importancia por su estructura interna y por la morfología resultante. Se trata de una serie muy plegada debida a la gran plasticidad en la que aparecen pliegues de un tamaño que va desde un centímetro hasta decenas de metros en algunos puntos. Por el estudio de su estructura interna se pueden deducir las direcciones de sedimentación marina que descansa en discordancia sobre la formación Millaris. El colorido amarillento-rojizo y las formas aplanadas por la erosión pueden observarse en el pico Tobacor, en Sierra Custodia y Los Flaixins, Vasones y La Ripereta.
Era Cuaternaria:
Los escasos depósitos que aparecen en la zona son de origen glaciar y post glaciar. De su importancia se hablará al describir el modelado y la acción de los hielos.