Hệ thống hang động tại khu vực Phong Nha-Kẻ Bàng được hình thành do những kiến tạo địa chất xảy ra trong lòng dãy núi đá vôi Kẻ Bàng cách đây hơn 400 triệu năm vào thời kỳ Đại Cổ sinh. Trải qua các thời kỳ kiến tạo quan trọng và các pha chuyển động đứt gãy, phối tảng và uốn nếp đã liên tục tạo ra các dãy núi trùng điệp do chuyển động nâng cao và các bồn trầm tích do chuyển động sụt lún, đóng vai trò như nguyên nhân của mọi nguyên nhân để tạo ra tính đa dạng về địa chất, địa hình - địa mạo, mạng lưới thủy văn và tính đa dạng, kỳ thú về hang động du lịch đối với các thành hệ đá vôi Phong Nha-Kẻ Bàng phát triển từ Devon đến Kỷ Cacbon - Trecmi.