Chúng ta biết Đà Nằng nằm ở phía bên của Trường Sơn Nam và tiếp giáp với phía Nam của Trường Sơn Bắc. Trường Sơn Bắc nguyên là một máng biển sâu (địa máng) tồn tại từ đầu thời đại cổ sinh, nổi lên ngay từ đầu đợt vận động tạo núi Hersini (Biển thoái Hersini). Trường Sơn Bắc bắt đầu từ cao nguyên Trấn Ninh (Lào) kéo dài hướng Tây Bắc - Đông Nam ra tận cùng tại núi Sơn Trà và các hòn núi nhỏ ngoài vịnh Đà Nẵng. Mạch núi kéo dài 700km.[2]

Trường Sơn Nam là một cấu trúc Hersini, bắt đầu từ phía nam đèo HảiVân tới đến miền Đông Nam Bộ, từ vĩ tuyến 10^oB đến 11^oB, dài 500km, và bao chiếm gần hết diện tích miền Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ.

Đà Nẵng, trước đây là một vùng biển cắm sâu vào giữa 2 khối núi đá hoa cương A Tuất (2.500m) ở phía Bắc, giáp Thừa Thiên Huế và Ngọc Linh (2.598m) ở phía Nam, giáp với Kom Tum. Vào giữa kỷ Triat, thời đại Trung Sinh, cách đây hơn 200 triệu năm lại có một cuộc vận động tạo núi mới, gọi là “Indonesy”. Sau đợt tạo núi này, hầu hết lãnh thổ Việt Nam đều nổi lên trên mặt biển trừ một số vịnh và vụng nhỏ. Sau khi nước rút, do vận động của Trường Sơn Nam, sông Thu Bồn và sông nhánh của nó đã bồi lên một vùng đất rộng 540 km² [3]. Nhưng địa hình miền Trung lưng tựa dải Trường Sơn quay hướng Biển Đông, hẹp dần Đông - Tây, dài dọc Bắc - Nam, vậy nên các con sông đều ngắn, nên quá trình bồi đắp những vụng biển diễn ra chậm chạp. Phải nhờ vào những đợt vận động kiến tạo mới mà địa hình thềm lục địa đồng bằng ven biển miền Trung nói chung và Đà Nẵng (Ngũ Hành Sơn) nói riêng mới chỉ được hình thành rất gần đây, vào thời Đệ Tứ, cách đây khoảng 1 triệu 800 ngàn năm. Sự bồi đắp vẫn tiếp biến và thế kỷ thứ IV, V con người vẫn được chứng kiến sự hoạt động đó. Các vùng biển bị lấp vẫn còn để lại các lạch nước chảy gần như liên tục từ Bắc xuống Nam. Người ta vẫn nạo vét các lạch nước đó để sử dụng ở nhiều thế kỷ sau.

Người xưa có truyền tụng Ngũ Hành Sơn bằng câu nói “Phù nhất thiên niên tiền Ngũ Hành nhất đảo, nhất thiên niên hậu, vị Ngũ Hành” nghĩa là 1000 năm trước Ngũ Hành là hải đảo, 1000 năm sau là núi Ngũ hành. Như thế, Ngũ Hành Sơn xưa không phải là nơi dễ qua lại như bây giờ, chỉ có đứng trên bờ biển trông ra “khả vọng nhi bất khả tức”[4] , tức là nhìn được mà không đến được, giống như ngày nay chúng ta nhìn cụm đảo Cù Lao Chàm vậy.

Về địa chất, Trường Sơn Bắc là vương quốc của núi “đá vôi” với 2.000 km² diện tích núi đá, trong đó Phong Nha - Kẻ Bàng (Quảng Bình) được mệnh danh là “đệ nhất kỳ quan”. Và, ngược lại Trường Sơn Nam là vương quốc của đá hoa cương hùng vĩ với sườn núi trơ trụi, đầy những phiến đá khổng lồ, tím xanh, nằm lô nhô ngổn ngang. Còn đá vôi chỉ rải rác ít ở Trung Trung Bộ và Tây Nam Bộ Việt Nam. Ngũ Hành Sơn là cụm đá vôi sót lại cuối cùng của dãy Trường Sơn Bắc.

Do các đặc tính nêu trên Ngũ Hành Sơn là một vùng đặc trưng của địa hình Karst với các khối đá có diện tích tương đối nhỏ bé, trong đó cao nhất là ngọn Thủy Sơn với 109,5m; thấp nhất là ngọn Âm Hỏa Sơn với gần 40m. Các núi ở đây thường có địa hình dạng tai mèo lởm chởm vách núi dựng đứng tạo nên khung cảnh kì vĩ. Ngoài ra do hoạt động rửa lũa và xói mòn đặc trưng của đá vôi bị dập vỡ tạo nên các hang động có hình thù kì dị có giá trị du lịch rất cao.

Đá ở đây chủ yếu là đá vôi thuộc hệ tầng Ngũ hành sơn (C-Pnhs), có độ tinh khiết cao, thường có màu hồng, đôi khi có màu đỏ hoặc màu đen, dễ bị dập vỡ mạnh bởi hàng loạt các hệ thống khe nứt. Đá có nguồn gốc hóa học không chứa các di tích sinh vật.