Budowa geologiczna
Podłoże Parku budują skały należące do tak zwanego fliszu karpackiego, czyli serii naprzemianlegle ułożonych warstw skał osadowych pochodzenia morskiego, głównie w postaci zlepieńców, piaskowców, mułowców, iłowców oraz podrzędnie rogowców i margli. Utwory te należą do płaszczowiny śląskiej i są mocno sfałdowane. Większą część Parku zajmują odporne na wietrzenie piaskowce i zlepieńce, należące do warstw istebniańskich, powstałych na przełomie kredy i paleogenu (około 80-60 mln lat temu). Na północy ciągnie się niewielki pas warstw godulskich utworzonych w okresie kredy. Natomiast w środkowej części Parku oraz na południu występują paleogeńskie osady określane jako piaskowce ciężkowickie, warstwy hieroglifowe, warstwy menilitowe oraz piaskowce krośnieńskie. Dno dolin rzecznych wypełniają bardziej współczesne utwory w postaci piasków, żwirów i mad. W rejonie Rudy Kameralnej, wśród warstw istebniańskich występują niewielkie złoża rudy żelaza, głównie w formie syderytów. Wydobywane były, na bardzo niewielką skalę, prawdopodobnie już od czasów średniowiecza.
Geomorfologia
Obszar Parku charakteryzują stosunkowo łagodne wzgórza, poprzecinane dolinami rzek i potoków. Wzniesienia zbudowane są najczęściej z odpornych na wietrzenie, gruboławicowych piaskowców i zlepieńców, natomiast w obniżeniach występują łatwo poddające się erozji mułowce, iłowce i cienkie warstwy piaskowców. Szczytami wyróżniającymi się w krajobrazie są m.in.: Mogiła (478 m n.p.m.), Styr (460 m n.p.m.), Jamna (490 m n.p.m.) oraz Jastrzębia Góra zwana też Rosulcem (516 m n.p.m.). Na całym obszarze występują piaskowcowo – zlepieńcowate formy skałkowe, związane głównie z odpornym na wietrzenie wydzieleniem piaskowca ciężkowickiego. Zobaczyć je można koło Ciężkowic w „Skamieniałym Mieście”, a także na wzgórzach w rejonie Siekierczyny.
Hydrologia
Sieć cieków na obszarze Ciężkowicko-Rożnowskiego Parku Krajobrazowego należy do bardzo rozbudowanych. Główną rzeką obszaru jest Dunajec, prawobrzeżny dopływ Wisły przepływający wzdłuż zachodniej granicy. Część tej granicy (około 2 km) stanowi sztuczne Jezioro Czchowskie. Głównymi dopływami Dunajca, mającymi swoje dorzecze (w całości lub tylko w części) na terenie Parku są przede wszystkim: Biała (Biała Dunajcowa, Biała Tarnowska), Rudzanka, Stróżanka, Wolanka, Paleśnianka oraz Brzozowianka.
Jednym z bardzo charakterystycznych zjawisk hydrologicznych na terenie Parku jest występowanie źródeł. Są to na ogół wypływy wód siarczkowych (rejon Filipowic, Woli Stróskiej, Policht i Ciężkowic) oraz siarczkowo-słonawych i słonawych (rejon Bieśnika i Słonej). Cechują się dość dużą mineralizacją i zwykle małą wydajnością. Najbardziej znanymi i dobrze przebadanymi są źródła w okolicach Policht i Suchej Góry („Geologów”, „Jacek” i „Paweł”) oraz Woli Stróskiej i Stróż („Tadeusz” i „Hanna”). Posiadają bez wątpienia duże walory hydrogeologiczne, a także krajobrazowe. W kilku lokalizacjach na terenie Parku znajdują się również stawy. Są to obiekty antropogeniczne, służące hodowli ryb (Siekierczyna, Jastrzębia), będące elementem krajobrazu (Kąśna Dolna, Stróże) lub służące aktualnie na potrzeby edukacji ekologicznej (Polichty). Warto również wspomnieć, że na terenie Parku znajduje się jeden z punktów pomiarowych stanu jakości wód podziemnych, zlokalizowany w miejscowości Ciężkowice.
Gleby
Obszar Ciężkowicko-Rożnowskiego Parku Krajobrazowego charakteryzuje się kilkoma rodzajami gleb o zróżnicowanym rozmieszczeniu w terenie. Mają na to wpływ przede wszystkim: budowa geologiczna podłoża, różnorodne formy rzeźby terenu, a także zmienność warunków hydrologicznych. Większość typów gleb związana jest przede wszystkim z piaskowcowym lub lessowo-gliniastym podłożem. Największy obszar zajmują gleby brunatne kwaśne – powstałe ze skał kwaśnych, między innymi ze zwietrzeliny piaskowców. Charakteryzują się średnim stopniem żyzności, tworząc siedliska kwaśnej buczyny górskiej oraz uboższych postaci żyznej buczyny karpackiej. Drugim najczęściej spotykanym typem są żyzne gleby brunatne wyługowane, stanowiące siedliska lasów liściastych i mieszanych. Dość charakterystyczne są również mady rzeczne, które tworzą się wzdłuż koryt rzecznych i potokowych, szczególnie w dolinie Białej.