Z okresu dewońskiego (395—345 min lat temu) pochodzą najstarsze, wychodzące na powierzchnię, skały Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej, zwane dolomitami ze Zbrzy, z racji występowania w dolinie tej rzeki. Spotykamy także wiele skał pochodzących z późniejszych okresów. Niektóre zawierają cenne pierwiastki, jak np. dolomity krasowe z rudami cynku i ołowiu. Jednak główna część utworów Wyżyny pochodzi z okresu jurajskiego (ok. 140 min lat temu) ery mezozoicznej. Wtedy to powstały skały wapienne z resztek roślin i zwierząt, występujących w ciepłym morzu. Osadziły się równocześnie po¬kłady iłów, zawierających rudę żelaza. Na Jurze występuje wiele skamieniałości dawnych organizmów — amonitów, z których pozostały spiralne skorupy o średnicy od kilku do kilkunastu centymetrów, małży, jeżowców, ślimaków, gąbek oraz belemnitów. Morze ustąpiło definitywnie pod koniec kredy (65 min lat temu). Ruchy górotwórcze w okresie trzeciorzędu pozostawiły trwały ślad w postaci dwóch rowów: Rowu Wisły i Krzeszowickiego. Utwory epoki lodowcowej, w czasie której lodowiec tylko jeden raz pokrył całkowicie teren Wyżyny (zlodowacenie krakowskie zwane także południowopolskim), nie odgrywają znacznej roli. Występują jedynie pozostałości moreny dennej i pokłady lessów na zboczach wzniesień.
