Il Promontorio del Parco di Portofino è costituito da tre formazioni geologiche:

Calcari del Monte Antola, Conglomerato di Portofino, Coperture quaternarie.

I Calcari del Monte Antola, che formano la parte più a settentrione del Promontorio di Portofino, sono costituiti da strati calcareo-marmosi intercalati da argille e da arenarie, datate tra i 90 e i 55 milioni di anni fa. Pur mostrando colorazioni variabili, sono rocce prevalentemente grigie, solcate da righe bianche, dovute al calcare che ha riempito le fratture che le attraversano. Gli strati, in genere ripiegati, in forme talvolta spettacolari, sono di spessore variabile da pochi centimetri ad alcuni metri, e consentono di apprezzare la differente consistenza delle rocce che li costituiscono, le quali hanno resistito con maggiore o minore successo agli agenti erosivi. Con un po’ di fortuna si possono osservare superfici che recano un particolare fossile (Helminthoidea labirintica), costituito dalle tracce lasciate, probabilmente, da un verme che si muoveva alla ricerca di cibo sui fangosi fondali marini, secondo sistematiche traiettorie ricurve.

Il Conglomerato di Portofino, costituito da tre livelli di conglomerati diversi, si presuppone che si sia sedimentato tra i 45 e i 20 milioni di anni fa, forma la parte del Promontorio rivolta verso il mare ed è costituito da una base argillo-sabbiosa contenente ciottoli di varia origine e natura, cementata da carbonato di calcio.

Il Conglomerato è una roccia particolarmente consistente e si presenta con numerosi contrafforti e costoni che discendono a precipizio nel mare, determinando numerose insenature e calette nonché la formazione di grotte.

Le Coperture Quaternarie, originatesi negli ultimi due milioni di anni, sono dovute alla deposizione di materiale da parte dei corsi d'acqua, da depositi alluvionali e da coltri di detriti e frane, rilevabili, soprattutto, nella zona di contatto tra i Calcari e il Conglomerato.