Der Dürrenstein liegt am nördlichen Rand der Kalkhochalpen. Auf der Plateaufläche herrschen Dachsteinkalk und Einschaltungen mergeliger Kalke vor, während der Sockel des Berges aus Dolomit besteht.
Vor ca. 100 Millionen Jahren hoben sich die Alpen im Zuge der alpidischen Gebirgsbildung über die Umgebung hinaus. Vor nur 1,8 Millionen Jahren, in den Eiszeiten, trug der Dürrenstein eine mächtige Plateauvergletscherung, deren Spuren heute noch an den Seebecken, Trogtälern und Moränenresten zu erkennen sind. So wurde das Seetal im Ober- und Mittersee und dem Lunzer Untersee durch den Seetalgletscher ausgeschürft, der im Bereich des Mittersees bis zu 400 Meter dick war.

Nach der glazialen Umformung wurde und wird der Dürrenstein durch Verkarstung geprägt. Unter Verkarstung versteht man die Lösung von Karbonatgestein durch kohlendioxidhaltiges Wasser. Dadurch kommt es zur Bildung  von Karstmulden, Karren, Dolinen und zahlreichen Höhlen. Im Dürrensteinmassiv sind bis jetzt mehr als 120 Höhlen bekannt!

Diese Aushöhlung von Kalkgbirgen hat zur Folge, dass versickerndes Wasser den Berg auf unterirdischen Wegen rasch durchläuft und oft schon nach wenigen Stunden im Tal als Quelle wieder austritt. Der Schutz des Wassers vor Verunreinigungen muss deshalb in Karstgebieten von vornherein erfolgen weil durch die kurze Aufenthaltszeit des Wassers im Boden keine biologische Reinigung erfolgen kann.