O Geoparque Seridó está inserido geologicamente no extremo NE da Província Borborema, entidade que engloba o conjunto de unidades geológicas estabilizadas ao final da orogênese brasiliana. Nesta porção da província, conhecida como Domínio Rio Grande do Norte e mais especificamente na região do geoparque, ocorrem vastas áreas de rochas gnáissico-migmatíticas de idade Paleoproterozoica, correspondendo ao substrato geológico regional, representadas por unidades de 2,2-2,1 bilhões de anos (Complexo Caicó). Elas compõem blocos que separam extensas faixas de rochas supracrustais (rochas sedimentares e metavulcânicas) neoproterozoicas, cujas idades variam entre 630 a 640 milhões de anos (Grupo Seridó).

Duas características marcantes da Província Borborema são o expressivo plutonismo ácido a intermediário brasiliano (600±50 milhões de anos) e o notável sistema de zonas de cisalhamento, constituindo o último episódio de deformação dúctil regional afetando a região. Porém é importante mencionar que ocorrem ainda litotipos cambrianos (ca. 515-505 milhões de anos) materializados por corpos/diques de pegmatitos. Rochas de idade cretácea (130 Ma) são menos restritas, sendo representados termos vulcânicos do magmatismo Rio Ceará Mirim (diques de basaltos/diabásios). Litotipos da era cenozoica (65,5 milhões de anos até o recente), também estão presentes, sendo estes representados pelas coberturas sedimentares da Formação Serra do Martins, vulcânicas associadas ao magmatismo Macau e depósitos sedimentares neógenos.