Budowa geologiczna
Pod względem geologicznym podłoże Parku to utwory tak zwanego fliszu karpackiego. Jest to bardzo gruba seria naprzemianlegle ułożonych warstw skał osadowych pochodzenia morskiego, przede wszystkim zlepieńców, piaskowców, mułowców, iłowców oraz podrzędnie margli. Na obszarze Parku wymienione utwory są mocno sfałdowane i przynależą do płaszczowiny śląskiej. Największą część Parku zajmują skały osadowe należące do warstw godulskich i istebniańskich, powstałe na przełomie kredy i paleogenu (około 80-60 mln lat temu). Są to zarówno grubo jak i cienkoławicowe piaskowce, a także zlepieńce i mułowce. Na południu i północy występują równoleżnikowe pasy eoceńskich piaskowców, zlepieńców i mułowców, należące między innymi do wydzielenia piaskowców ciężkowickich. Wszystkie opisywane osady tworzą tak zwany fałd Brzanka – Liwocz. Przy południowych granicach Parku, w szerokiej dolinie Olszynki, występują czwartorzędowe lessy.
Geomorfologia
Teren Parku obejmuje wyniesienia należące do Pasma Brzanki z najwyższym o tej samej nazwie (534 m n.p.m.). Drugi charakterystyczny i znany szczyt tego pasma – Liwocz (562 m n.p.m.), znajduje się na wschodzie, tuż poza granicami Parku. Rzeźba tego obszaru jest bardzo urozmaicona. Występują tu stosunkowo łagodne wzgórza poprzecinane kilkoma głębokimi dolinami potoków. Na terenie Parku występują różne formy skałkowe w postaci ambon, baszt i grzęd skalnych. Zbudowane są z piaskowców i zlepieńców należących do kilku wydzieleń, głównie do warstw godulskich i istebniańskich, a także z piaskowca ciężkowickiego. Odnaleźć je możemy przede wszystkim w głównym grzbiecie Pasma Brzanki („Ostry Kamień”, „Skałka” w Burzynie, „Rysowany Kamień”) oraz w rejonie Swoszowej i Żurowej (Skała Borówka).
Gleby
Gleby występujące na terenie Parku Krajobrazowego Pasma Brzanki są raczej urozmaicone, o zróżnicowanym rozmieszczeniu w terenie. Ma na to wpływ m.in.: budowa geologiczna podłoża, zróżnicowanie form rzeźby terenu, a także zmienność warunków hydrologicznych. Na terenie Parku występuje kilka rodzajów gleb, z których większość związana jest genetycznie z piaskowcowym lub podłożem lessowo-gliniastym. Charakterystyczne dla nich jest stosunkowo duże zakwaszenie, a także erozja. Największą część Parku zajmują gleby brunatne kwaśne. Są one średnio żyzne, a ich profil nie zawiera węglanów. Tworzą siedliska kwaśnej buczyny górskiej oraz uboższych postaci żyznej buczyny karpackiej. Drugim najczęstszym typem są gleby brunatne wyługowane – charakteryzują się odczynem obojętnym lub słabo kwaśnym, przy czym pH rośnie w głąb profilu. To żyzne gleby stanowiące najczęściej siedliska lasów liściastych i mieszanych. Dość charakterystyczne są również osady aluwialne, głównie w postaci mad rzecznych.
Hydrologia
Sieć cieków na obszarze Parku Krajobrazowego Pasma Brzanki należy do dobrze rozbudowanych. Główną rzeką tego terenu jest Biała (Biała Tarnowska, Biała Dunajcowa). Stanowi ona wschodnią granicę Parku. Posiada kilka mniejszych i większych dopływów, które odwadniają wschodnią oraz północną część obszaru, jak np.: Rzepianka, Rostówka, Burzynianka czy Szwedka.
W wielu obniżeniach na terenie Parku występują niewielkie źródła lub obszary źródliskowe. Bardzo często charakteryzują się one rozproszonym wypływem oraz znikomą wydajnością, zwiększającą się podczas większych opadów. W kilku lokalizacjach znajdują się również stawy. Są to obiekty antropogeniczne, najczęściej zlokalizowane przy starych dworach. Znajdują się np. w Bistuszowej oraz Kowalowej.