A formação da paisagem das Montanhas Azuis ocorreu há mais de 300 milhões de anos e começou com movimentos de terra que criaram a base de quartzito sobre a qual as montanhas se erguem. A partir daí, a geografia foi formada por rios que inundavam regularmente a base e deixavam depósitos de sedimentos. Mais tarde, esses depósitos formaram camadas de xistos, siltitos e argilitos que se transformaram em camadas de carvão. Aproximadamente 500 metros de sedimento marinho vieram daí.
Durante o período Triássico que ocorreu há 250 milhões de anos, os rios começaram a depositar grandes quantidades de areia no topo dos folhelhos e a enterrá-los. As camadas afundaram com o peso da areia e formaram uma bacia. À medida que a areia continuava a assentar na bacia recém-formada, o calor e a pressão fizeram com que as camadas inferiores se transformassem em rocha dura. Essas camadas de rocha dura ficaram conhecidas como arenitos Narrabeen e Hawkesbury. Aproximadamente 80 milhões de anos depois, a areia parou de ser depositada e forças na terra empurraram as camadas de rocha dura para cima. As Montanhas Azuis é o nome dado ao planalto resultante que se formou. O motivo pelo qual o planalto se assemelha a uma cordilheira se deve ao fato de o planalto ter sido dissecado. Vales e desfiladeiros resultantes da atividade vulcânica são os principais fatores para a dissecção e aparecimento resultante da área.
