Beskidy, w tym również Babia Góra, uległy wypiętrzeniu w trzeciorzędzie, na obszarze pierwotnie zajmowanym przez Prakarpaty. Babia Góra zbudowana jest z fliszu piaskowcowo-łupkowego o dużej miąższości, o wyraźnym podziale na warstwy podmagurskie (piaskowce, łupki i margle powierzchniowe w dolnych partiach masywu) i magurskie (piaskowce o miąższości do 750 m). W skałach masywu odkryto liczne skamieniałości – głównie fauny numulitowej[9].
Epoka lodowa zapanowała w Karpatach przed 600 tys.lat. Powstały wówczas lodowce, których ślady (kary i jeziora polodowcowe) zachowały się jedynie w Tatrach i Karkonoszach. Jeśli występowały w masywie babiogórskim, ich działalność została zatarta przez erozję okresu holocenu[9]. Największe znaczenie miały tu ruchy masowe, szczególnie intensywne na północnych stokach masywu. Ich pozostałością są liczne, różnej wielkości osuwiska oraz występujące w ich strefach jeziorka osuwiskowe, takie jak: Mokry Stawek (największy), Zimny Stawek, Mały i Duży Orawski Stawek, Czarne Oko, Marków Stawek, Mały Stawek, Mułowy Stawek oraz okresowy Suchy Stawek[10].
Północne, skaliste stoki charakteryzują się wyjątkowo dużym nachyleniem (do 70°), południowe są znacznie łagodniejsze. Partie wierzchołkowe pokrywa największe w całych polskich Beskidach Zachodnich rumowisko skalne[11].
W masywie Babiej Góry zinwentaryzowano 24 jaskinie o łącznej długości 414,2 m. Większość dużych obiektów zlokalizowanych jest na południowych stokach masywu. Najdłuższą z nich jest zlokalizowana właśnie na południowym stoku Babiej Góry, już po polskiej stronie granicy, Dymiąca Piwnica o rozbudowanej sieci korytarzy, długości 86,5 m i deniwelacji 10,5 m. Nagromadzenie największych, stosunkowo głębokich (do 16 m) obiektów jaskiniowych zinwentaryzowano w rowach i szczelinach przygrzbietowych na południowych stokach Cylu. Największą z tych jaskiń jest Jaskinia w Małej Babiej Górze I o długości korytarzy 58,5 m[12].
