Budowa geologiczna
Bielańsko-Tyniecki Park Krajobrazowy to pod względem geologicznym obszar o bardzo ciekawej budowie. Większość jego terenu leży na monoklinie śląsko-krakowskiej, tuż przy jej granicy z zapadliskiem przedkarpackim. Obszar składa się z szeregu większych i mniejszych zrębów tektonicznych (formy tektonicznie wyniesione). Ograniczone są one systemami uskoków, najczęściej o charakterze schodowym. Zręby te zbudowane są z wapieni górnojurajskich, występujących w trzech odmianach facjalnych: skalistej, uławiconej i płytowej, a także podrzędnie z osadów górnokredowych. Tworzą one na terenie Parku zrąb Lasu Wolskiego, zrąb Krzemionek Dębnickich oraz szereg mniejszych wyniesień położonych w rejonach Tyńca, Piekar, Bodzowa, Pychowic, Ściejowic i Czernichowa. Obszary pomiędzy tymi formami, tektonicznie obniżone (rowy tektoniczne), wypełnione są iłami mioceńskimi (np. Obniżenie Cholerzyńskie), a także, szczególnie w dolinie Wisły, czwartorzędowymi piaskami i żwirami.
Rzeźba terenu
Park znajduje się na terenie tak zwanej Bramy Krakowskiej – obszaru przejściowego pomiędzy Kotliną Oświęcimską na zachodzie i Kotliną Sandomierską na wschodzie oraz pomiędzy Pogórzem Wielickim na południu i Wyżyną Krakowsko-Częstochowską na północy. Obejmuje on swoim zasięgiem fragment doliny Wisły, rozległe Pasmo Sowińca oraz niewielkie tektoniczne wzgórza po południowej stronie Wisły. Pasmo Sowińca, porośnięte Lasem Wolskim, składa się z dwóch masywów: Sowińca (358 m n.p.m.) i Wzgórza Św. Bronisławy (zwanego też Sikornikiem – 333 m n.p.m.), rozdzielonych Przełęczą Przegorzalską.
Rzeźba tego terenu jest dość urozmaicona, co spowodowane jest stosunkowo dużymi wysokościami względnymi. Stoki rozcięte są głęboko wciętymi wąwozami i parowami (np. Wroni Dół, Wolski Dół, Mokry Dół, Poniedziałkowy Dół).
Pomiędzy wzgórzami przepływa rzeka Wisła tworząc w rejonie Krakowa i Tyńca niewielki przełom pozorny (rzeka wykorzystała tu istniejące zapadlisko tektoniczne). W dolinie tej występują liczne zakola i starorzecza (tzw. wiśliska) – czyli odcięte, byłe fragmenty rzeki. Są one nadal wypełnione wodą lub częściowo zasypane i zabagnione, tworząc często tereny podmokłe.