白石山地区位于华北地带中部涞源--阜平复背斜北端，向东横越太行山深断裂带，与燕山台褶带西南端衔接。在10--14亿年前，白石山地区是一个潮坪环境，即海滨环境，潮涨潮落数亿年，沉积了厚达20__米的白云岩，它的下部地层是高于庄组白云岩，上部则是雾迷山组和铁岭组白云岩。2亿年--6.5万年前，白石山地区遭受了最强烈的“燕山运动”的洗礼，炽热的岩浆在白云岩盖层下剧烈运动，向上顶举，使白石山地区发生了两种变化：一是物理变化，简单地讲，就是岩浆巨大内应力将顶部的白云岩盖层顶起并顶裂、顶斜，之后由于重力崩塌和水流的搬运作用，形成了沟谷和山峰;二是化学作用，白云岩在高达上千度高温岩浆的烘烤下，发生了变质，转化成了大理岩。白石山地区绝大部分是白云质大理岩。同时，在热液的作用下，接触变质带生成了许多矿藏，白石山地区是典型的热液交代型矽卡岩成矿模型。在白石山周边已探明有铁、铜、铅、锌、钼、金、银、石棉、云母、海泡石、石榴石、石英、水晶等多种矿藏，其中以铁矿储量为最大。这些矿大家都可以看实物标本。
白石山地区出露的岩石分布情况大致为4类，一是分布于西南边缘基底部的形成于28--25亿年的古老的阜平群片麻岩;二是分布于白石山基底部的燕山期花岗岩;三是分布于顶部的高于庄组白云质大理岩和雾迷山组及铁岭组白云质大理岩。雾迷山组沉积构造十分发达，有潮汐层理，藻纹层理及各种形状的叠层石，以及泥裂、“鸡笼网格”构造等暴露标志。需要特别指出的是叠层石，这种石头是在潮汐的环境或极浅水的环境下由单细胞的藻类与沉积作用共同形成的一种明暗纹带相间的沉积构造，在极浅水或退潮时，藻类在沉积物表面“爆发式”生长，争夺阳光，往往形成向上的球面，并形成暗色藻纹层;当涨潮时，藻类生长受遏制，沉积碳酸盐岩条带，形成明亮纹层。因此，形成了波状、半球状和柱状叠层石，尤其是半球状叠层石象刚出锅的大馒头，也象恐龙蛋，人们谓之称“馒头石”。
白石山是典型的双层结构，底部是燕山期花岗岩形成稳固的基座，上部是由白云质大理岩发育而成的构造峰林，也称为顶盘悬挂体。