自治县地处扬子准地台与华南加里东褶皱系的交接处，位于师宗-弥勒断裂带与小江断裂带之间，基底岩系为昆阳群黑山头组，属建造。扬子构造末期的晋宁运动使石林地区从滇东凹陷变为以牛头山组为核心的复背斜。加里东运动、海西运动使其从中寒武世上升隆起，形成了厚千余米的碳酸盐建造，后又在燕山运动和印支运动时期使全县褶皱成山，最后于喜马拉雅构造期在县西部形成断陷岩溶盆地。中部的石炭-二叠纪碳酸盐分布区，由于地层平缓，近垂直的张裂隙发育，因喀斯特作用形成了“剑状喀斯特”（俗称石林）的地貌景观。地质构造上县境中西部为茂舍祖背斜、断