Budowa geologiczna
Pod względem geologicznym obszar Parku Krajobrazowego Orlich Gniazd budują prawie płasko zalegające utwory powstałe w erze mezozoicznej. Na zachód od Olkusza są to osady triasowe, natomiast na wschód głównie jurajskie. Osady triasowe reprezentowane są między innymi przez dolomity kruszconośne, wśród których znajdują się złoża cynku, ołowiu oraz podrzędnie srebra. Są one wydobywane w kopalniach w okolicach Olkusza, a historia ich eksploatacji sięga średniowiecza. Natomiast osady jurajskie, głównie w postaci wapieni, stanowią nie tylko podłoże, ale budują również formy skałkowe znajdujące się na terenie Parku. Ich przykłady można zobaczyć w rejonie Pomorzańskich Skałek, Syborowej Góry, miejscowości Klucze, Stołowej Góry czy rezerwatu przyrody „Pazurek”.
W niektórych miejscach, blisko powierzchni terenu, zalegają starsze dewońskie osady w postaci dolomitów. Wraz z dolomitami triasowymi są one wydobywane w dużym kamieniołomie w Starych Glinach, w rejonie Stołowej Góry.
Część większych obniżeń i dolin w skałach triasowych zajmują osady piaszczyste. Są one związane z plejstoceńskim okresem zlodowaceń, kiedy to w czasie topienia się lądolodu, dostarczane były na ten teren duże ilości piasków i żwirów. Osady te to podstawa istnienia Pustyni Błędowskiej.
Rzeźba terenu
Obszar Parku leży na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej, a w niewielkim, zachodnim fragmencie na Wyżynie Śląskiej. Charakteryzuje się dość zróżnicowaną rzeźbą terenu. W zachodniej części występuje stosunkowo płaskie obniżenie, w którym znajduje się piaszczysty obszar Pustyni Błędowskiej. Pozostały teren to łagodne wzgórza, gdzieniegdzie o nieco ostrzejszym charakterze, szczególnie na północy i w rejonie rezerwatu przyrody „Pazurek”.
Przez Park przepływa rzeka Biała Przemsza, początkowo meandrując przez las, a następnie przecinając ze wschodu na zachód Pustynię Błędowską. Tym samym łączą się w tym miejscu dwa różne ekosystemy przyrodnicze – pustynny i nadrzeczny. W wielu miejscach występują ciekawe formy skałkowe – ostańce. Zbudowane są one z biało-szarych, górnojurajskich wapieni skalistych. Obszar Parku obfituje również w różnorodne formy krasowe, w szczególności jaskinie. Najciekawszymi z nich są z pewnością: Jaskinia na Biśniku, Jaskinia Błotna czy Jaskinia na Świniuszce. Stanowią one nie tylko obiekty o charakterze geologicznym, ale również o bardzo dużym znaczeniu archeologicznym.