玉山主峰東峰北面
約 3 百萬年至 1 百多萬年前，菲律賓海板塊上的火山島弧（海岸山脈前身）與歐亞大陸聚合、受阻並劇烈擠壓，臺灣島因而自海底隆起，造成脊梁山脈、雪山山脈變質隆起；靠近臺灣海峽側的西部麓山帶雖未變質隆升，但海峽西側盆地變淺並持續沉積，這即是形成現今的臺灣島雛形。由於碰撞持續，其後的一百萬年內臺灣島面積不斷擴增，而地形亦不斷隆升，使臺灣擁有東北亞最高峰玉山主峰（海拔3,952 公尺）。
本園區依地質特徵可細分成 5 個地質區，自西向東依次為西部麓山中新世未變質沈積岩區、雪山山脈古第三紀變質板岩系之新高群、脊梁山脈帶中新世廬山群板岩區、脊梁山脈帶古第三紀或更老亞變質板岩系之畢祿山群、及約古生代晚期變質岩基盤之大南澳雜岩。西部麓山中新世未變質沈積岩區
未變質沈積岩大概分布於東埔至塔塔加沿線以西，包含了沙里仙溪流域、新中橫公路、神木林道地區，主要岩性為砂岩、深灰色頁岩、或砂頁岩互層，屬於南莊層與和社層。
脊梁山脈帶中新世廬山群板岩區
包括中央金礦至白洋金礦、南營地至大水窟、達芬尖山、天池沿線以西和新高群東界之間狹長地層。
雪山山脈古第三紀變質板岩系之新高群
從塔塔加至玉山以東接近八通關的範圍，岩性主要為變質砂岩及板岩。這些地層以近乎南北或東北西南之走向露於步道沿線，由西向東分成十八重溪層、達見砂岩、玉山主山層，這一系列地層合稱為新高群。
大南澳變質岩基盤區
馬西山、阿波蘭池、新崗一線以東地區，主要岩性為大理岩及片岩，屬於古生代晚期之太魯閣層、玉里層等。
