Masivul Piatra Craiului reprezinta una dintre cele mai fascinante si diverse succesiuni geologice din Carpatii Romanesti. Astfel este prezent aproape tot spectrul rocilor sedimentare (calcare, gresii, argilite, conglomerate si radiolarite), depuse pe un fundament vechi metamorfic in perioadele Jurasic si Cretacic, cand calcarele din Piatra Craiului s-au ridicat de pe fundul marii. Geograful francez, Emanuel de Martonne, afirma ca, prin eleganţa profilului său îndrăzneţ, creasta calcaroasa a Pietrei Craiului se opune formelor masive ale Bucegilor şi Păpuşii, constituind un accident morfologic in lantul Carpatilor Meridionali.
Istoria geologica a muntilor Piatra Craiului a inceput in urma cu 175 milioane de ani cand, in baza unor miscari tectonice de extensie, crusta continentala a fost intinsa, subtiata si, in final, rupta, dand nastere oceanului Tethys (proces similar cu cel din riftul african). Incetul cu incetul, mari blocuri continentale au fost supuse unei miscari de rotire si scufundate sub nivelul marii. Astfel, la marginea continentului, a inceput sa evolueze un bazin asimetric, care colecta sedimentele provenite din eroziunea lanturilor muntoase ale hinterland-ului (muntii Fagaras). Aceste sedimente au format gresii calcaroase si marne fosilifere, care se afla la baza stivei de calcare a Pietrei Craiului.
Aproximativ 10 milioane de ani mai tarziu, elementi fosfatici proveniti din eruptii vulcanice submarine care aveau loc in largul oceanului, au fost precipitati in toata zona selfului, depunand o roca foarte rara – fosforitul. Cu toate ca acesta nu are decat o grosime de 1 metru, el contine una dintre cele mai complete si interesante asociatii de fosile marine din Carpati. Mai mult de 130 de specii diferite de amoniti, bivalve si gasteropode au fost gasite si descrise in acest interval stratigrafic. In perioada Jurasica superioara (acum 160 milioane ani) bazinul a inceput sa se scufunde mai rapid, iar adancimea apei a atins mai multe sute de metri. In acelasi timp, mai departe in largul marii, in zona actualilor munti Bucegi, o bariera de recifi de corali crescuse pe o platforma izolata. Agentii erozivi (furtuni, curenti, cutremure submarine) descompuneau insa in mod continuu aceasta fragila structura, transportand si depozitand debrisul in bazinul adiacent al Pietrei Craiului. Fragmentele de calcar recifal au fost sedimentate in bancuri masive de brecie pe fundul bazinului, umplandu-l de-a lungul timpului, dand astfel nastere unei vaste platforme carbonatice. Aceasta platforma se extindea de la poalele masivului Fagaras pana la est de muntii Bucegi (in termeni geografici actuali). Brecia calcaroasa din material recifal resedimentat formeaza jumatatea inferioara a marelui pachet de calcare a Pietrei Craiului. Din cei 1500 metri grosime a stivei de calcare, 500 metri sunt formati din aceasta roca, restul fiind compus din calcare albe de platforma. Limita litologica dintre cele doua tipuri de calcar este clar vizibila de-a lungul versantului vestic – Braul de Mijloc.
Calcarele de platforma, care se gasesc in partea superioara a masivului, au fost precipitate in principal de catre alge marine, care inhabitau o vasta laguna. Aici adancimea apei era de numai cativa metri. Fluctuatii ale nivelului marii expuneau subaeric in mod repetat intreaga platforma, creand astfel stratificatia densa si tipica Pietrei Craiului. Cele mai pitoresti exemple sunt Orga Mare din Padina Inchisa, Timbalul Mare si Peretele Marelui Grohotis.
Acum 130 milioane de ani, in Cretacic, miscari tectonice compresive au initiat o ridicare generala a marginii continentale si inchiderea oceanului Tethys. Platforma carbonatica a inceput sa fie distrusa prin fenomene de faliere si cutare. Partial ea a fost ridicata deasupra nivelului marii si, impreuna cu muntii de pe tarmul invecinat, supusa unei eroziuni intensive, care a generat cantitati enorme de debris. Acest material se sedimenta sub forma de conglomerate in compartimentele bazinului care se mai aflau sub nivelul marii. Blocuri immense de calcar, rezultate din dezagregarea platformei, cadeau pe fundul marii, unde se amalgamau cu stratele de conglomerat. Aceste blocuri mai pot fi admirate si astazi pe intreg cuprinsul satului Magura. La sfarsitul Cretacicului toata regiunea a fost expusa subaeric si sedimentarea marina a incetat. Miscarile tectonice insa au continuat si relieful, asa cum il putem admira in zilele noastre, este un fenomen recent. Un exemplu relevant este ridicarea tectonica din urma cu 5 milioane de ani care a inaltat toata regiunea cu aproximativ 200 metri. Astfel raurile au fost fortate sa-si schimbe cursul apei si sa se adanceasca in masivul de calcar, formand renumitele Prapastii ale Zarnestilor si Cheile Dambovicioarei.