地质历史造就了公园内丰富而珍贵的地质遗迹。隆务峡三叠纪剖面由下部近6000米的海相陆源碎屑岩和上部为近4000m厚的陆相火山岩构成，完整的记录了秦岭中央造山带与祁连山交接区的地质演化历史，是研究古特提斯洋演化和消亡史的天然实验室，对全球三叠系对比研究及古特提斯洋构造演化的研究都具有重大科学意义。

公园南部麦秀山出露的印支期（2.5—2.05亿年）、燕山期（2.05—1.35亿年）火山喷出岩，两期喷发间歇近1亿年。印支期火山喷发强烈，岩相齐全；燕山期喷发表现为大陆裂谷型火山喷发，是青藏高原东北部晚中生代陆内火山活动的重要记录和证据。证明了该区域青藏高原板块经历了从拼合挤压、走滑拉张到中心式－裂隙式火山喷发的重要地质事件，是研究青藏高原板块拼合的天然实验室。

公园内隆务峡超基性地幔橄榄岩、堆晶辉长岩、辉长杂岩是距今约2.5亿年前晚二叠世－早三叠世西秦岭与南祁连之间古洋盆扩张过程中岩浆活动的产物，这些岩石或许是西秦岭与南祁连拼接的有力证据。因此，隆务峡将会成为研究中央造山带秦岭和祁连接合部大地构造演化的热点地区。

黄河尖扎段是青藏高原隆升、全球气候变化、黄河溯源侵蚀及贯通的关键区域，见证了新生代最重大的地质事件。形成了坎布拉丹霞及黄河多级阶地等重要地貌景观。