Al igual que la mayoría de las montañas que integran la cadena vascocantábrica, el área donde hoy se alza el macizo del Gorbeia está integrada por rocas relativamente jóvenes. Mientras que la historia de la Tierra tiene 4500 millones de años (M.a.) de antigüedad y las rocas más antiguas de la Península Ibérica superan los 500 M.a., las que integran Gorbeia no pasan de los 230 M.a.

Gran parte del País Vasco y los territorios adyacentes permanecieron sepultados bajo las aguas de mares, lagos y deltas de distintas profundidades hasta hace tan sólo 50 M.a. en lo que se conoce como Cubeta Vascocantábrica.

A finales del Mesozoico y comienzos del Cenozoico, el desplazamiento y choque entre las placas de la corteza terrestre provocaron el levantamiento de dicha cubeta. Se produjeron plegamientos y fracturas de los estratos rocosos que desembocaron en el afloramiento sobre las aguas de nueva tierra firme. Pronto quedaron expuestos a la atmósfera los pliegues de roca desnuda, extensas dorsales llamadas anticlinales, alternadas con depresiones o sinclinales. Los seres vivos ligados al medio terrestre encontraron un nuevo espacio por colonizar y donde expandir sus poblaciones.

A partir de entonces la sedimentación dejó paso a la erosión, que alteró el perfil de las dorsales abriendo valles y perfilando montañas hasta quedar el paisaje trazado tal y como aparece en la actualidad. Los avances y retrocesos del mar y el rasgado de las cuencas hidrográficas primigenias, determinaron el fluir río abajo de los materiales liberados por la erosión.

El proceso erosivo continúa. Las pequeñas y numerosas cuencas fluviales cantábricas y la gran cuenca del Ebro son los ejes a través de los cuales se transportan los materiales, y por tanto, los principales protagonistas de la modificación del relieve.

La acción del hielo en los periodos de enfriamiento del clima registrados a lo largo del último millón de años en Europa, que afectó de forma palpable a las cordilleras Cantábrica y Pirenaica, no dejó rastro en la orografía de las montañas vascocantábricas. Sus huellas se restringen a la acción erosiva ejercida por la acumulación de hielo en algunos neveros, y al lento lamido de las precipitaciones sobre las rocas calizas, que avanzaron en la formación de redes internas de galerías, simas y cuevas. Contrastan con ellas los afloramientos de arenisca, margas y arcillas, en los cuales la erosión de las precipitaciones labraron montañas de perfil mucho más liso y homogéneo.

El contraste entre los relieves de las montañas calcáreas y las de arenisca se aprecia con claridad en el centro del macizo. La cumbre del Gorbeia o la del Oderiaga, integradas ambas por estratos de areniscas, presentan un perfil redondeado, mientras el Aldamin o las peñas de Itxina son roquedos en gran medida desnudos, definidos por líneas quebradas y laderas verticales.

Los estratos de calizas afloran así por debajo de los de areniscas del Gorbeia, y en su seno la meteorización y la erosión han formado un relieve escapado.

La intercalación de estratos de uno y otro tipos, sus pliegues y fracturas y su exposición a la atmósfera, hacen del paisaje de la vertiente cantábrica un conjunto de valles encajados presididos por escarpes y montañas de altitud media. La vertiente mediterránea sin embargo consta de valles amplios, abiertos y elevados por encima de los 500 m.s.m. (metros sobre el nivel del mar) en los que los ríos han tenido tiempo y lugar para depositar terrazas de sedimentos y divagan por su fondo.