פני השטח הנוכחיים של האזור הגבוה פוסלו בעיקר על ידי קרחונים במהלך עידני קרח תכופים במהלך 2.5 מיליון השנים האחרונות. קרחונים גדולים שהגיעו עד לגודל של כ-70 קילומטרים נעו במורד היובלים המזלג התיכון והמזלג הדרומי של הנהר קינגס, כשהם מעצבים את העמקים העמוקים בצורת האות U המאפיינים פעילות קרחונית בחורשת סידר ובעמק פרדייז (Paradise Valley) במזלג הדרומי ועמק טהיפיטי במזלג התיכון. הקרחונים של עידן הקרח לא התפשטו עד למפגש היובלים בין המזלג הדרומי למזלג התיכון, ומשום כך הקניונים במורד הזרם מחורשת סידר ועמק טהיפיטי הם נקיקי נהר אופייניים בצורת האות V, בניגוד לעמק בצורת U שבמעלה הזרם.
העמקים הקרחוניים המאופיינים על ידי קרקעית שטוחה וצוקי וכיפות הגרניט החשופים בגובה מאות מטרים, דומים בצורה לעמק יוסמיטי המפורסם יותר צפונית לפארק, ולמעשה במאה ה-19 השתמש ג'ון מיור במונח "יוסמיטי" לתאר עמקים אלו לפני שעמקים אלו קיבלו שם משל עצמם. כך כתב ג'ון מיור על קינגס קניון במאמר "מתחרה ליוסמיטי" שהתפרסם ב-1891 בכתב העת המאויר "The Century Illustrated Magazine":
תוואי נוף קרחוניים משמעותיים נוספים כוללים את כיפת טהיפיטי (Tehipite Dome), כיפת הגרניט הגדולה ביותר ברכס הסיירה, המתרוממת לגובה 1,100 מטרים מעל לקרקעית עמק טהיפיטי. בקניון קינגס ולרוחב אזור הטבע הגבוה חשופים צוקי גרניט תלולים כאלו להתכדדות, בליה מקפיאה ורעידות אדמה העלולות לגרום למפולות סלע פתאומיות ודרמטיות. לאחר אלפי שנים הצטברו בשל התמוטטויות של הצוקים ערמות גדולות של דרדרת או מדרונות של דרדרת בבסיס הצוקים לאורך כל עמק קרחוני בפארק.
כר הדשא זומוולט, אחד השטחים הנרחבים המועטים של שטח מישורי בפארק נוצר מהצטברות של משקעים מעבר למורנת קצה של הקרחון הנסוג. בקניון קינגס יש למעשה ארבע מורנות כאלו, שיוצרים אשדות של מים לבנים בנהר קינגס, באזור שבו הוא מתפתל ברוגע בדרך כלל לאורך כרי דשא. סדרת המורנות זו אחר זו מכונות "מורנות מקננות", כל אחת נוצרה בעידן קרח אחר על ידי קרחונים באורך משתנה.
במקומות אחרים באזור הגבוה הנוף של הסלע הקירח והדרדרת שהושארה על ידי הקרחונים לשעבר גדוש בעמקים תלויים, מפלי מים, רכסים משוננים (גב חדיד (arête)), קרקסים קרחוניים, ומאות אגמים קרחוניים. בכמה מהפסגות הגבוהות יש עדיין שדות שלג קבועים ואפילו קרחונים. קרחון פליסייד (Palisade Glacier), הקרחון הגדול ביותר ברכס הסיירה נבדה, שוכן סמוך לקצה הפארק באזור הטבע הבראשיתי ג'ון מיור. קרחונים אלו אינם שרידים מעידני הקרח, אלא נוצרו כנראה בתקופות קרות במהלך אלף השנים האחרונות. הקרחונים בפארק נמסים במהירות עקב ההתחממות הגלובלית, ועלולים להיעלם לחלוטין בתוך כמה עשורים.
הידרולוגיה.
מספר נהרות מרכזיים ברכס הסיירה מקורם בפארק. מקורו של היובל "המזלג הדרומי של הנהר קינגס" הוא בסמוך למעבר טאבוזה, בגבול המזרחי של הפארק, ומנקז חלק ניכר מחציו הדרומי של הפארק, והוא חצב את הקניון ממנו קיבל הפארק את שמו. מקורו של "המזלג התיכון של הנהר קינגס" ליד הר פאוול (Mount Powell) והוא מנקז את מרבית המחצית הצפונית של הפארק. חלק קטן יותר בקצה הצפוני של הפארק מנוקז על ידי "המזלג הדרומי של הנהר סן חואקין" (South Fork San Joaquin River). הנהר קינגס יורד יותר מ-4,000 מטרים מקו הרכס של הסיירה נבדה עד למאגר פלאט פיין (Pine Flat Reservoir) בעמק סן חואקין – מפל הגובה הגדול ביותר בלא סכר מכל נהר אחר באמריקה הצפונית.
מרבית גבולות הפארק נוצרו באמצעות קווי פרשות המים בין אגני הניקוז של נהרות. הגבול המזרחי נקבע כקו הרכס של הסיירה נבדה, שמזרחה הוא מנוקז על ידי הנהר אוונס, חלק מקו פרשת המים של האגן הגדול. הגבול הדרומי עם הפארק הלאומי סקוויה הוא קו פרשת המים שבין הנהרות קינגס, קאווייה (Kaweah River) וקרן (Kern River). חלק מהגבול המערבי עוקב אחרי קו פרשת המים בין המזלג התיכון למזלג הדרומי של הנהר קינגס.
שני היובלים של הנהר קינגס (המזלג התיכון והמזלג הדרומי) מתאחדים ביער הלאומי סקוויה כמה קילומטרים מהגבול המערבי של הפארק, ויוצרים את הערוץ הראשי של הנהר. בנקודה זו יוצר הנהר את אחד הקניונים העמוקים ביותר באמריקה הצפונית שקירותיו מתנשאים לגובה של 2,500 מטרים מפני הנהר ועד קצה הצוקים, עמוק ב-800 מטרים מהגרנד קניון. גם עומקם של הקניונים במעלה הזרם בחורשת סידר עולה על 1,500 מטרים. אף על פי שהגאולוגיה והטופולוגיה של חורשת סידר ועמק טהיפיטי דומים לעמק יוסמיטי, אין בפארק מפלי מים גבוהים ומרהיבים כמו אלה ביוסמיטי.
יש כמה מפלים עזים, אבל קצרים כולל מפלי מיסט (Mist Falls – "מפלי הערפילים"), מפלי הנהר רורינג (Roaring River Falls – "מפלי הנהר השואג") ומפלי גריזלי (Grizzly Falls) באזור חורשת סידר. באזורים הגבוהים שהגישה אליהם רגלית בלבד יש כמה מפלים גבוהים הרבה יותר. מפלי סילבר ספריי (Silver Spray Falls) בעמק טהיפיטי נופלים מגובה של 210 מטרים בכמה מדרגות.
במאמר ב-"Out West" מ-1910 תיארה ארנסטין וינצ'ל (Ernestine Winchell) את המפלים ועמק טהיפיטי:
הן הנהר קינגס והן הנהר סן חואקין זורמים מערבה לעמק סן חואקין הצחיח. עם זאת, בעוד שהסן חואקין נשפך בסופו של דבר למפרץ סן פרנסיסקו, הנהר קינגס מסתיים באגם טולארי (Tulare Lake), אגם ללא מוצא שלפני שמימיו הוטו להשקיה היה אגם המים המתוקים הגדול ביותר במערב ארצות הברית. העלייה והנפילה העונתיות של גובה פני נהרות הפארק מושפעים מירידת השלגים הכבדה (בדרך כלל בין נובמבר לאפריל) הנמסים במהירות במהלך מאי ויוני. ספיקת הנהרות צונחת משמעותית בסוף יולי (או אוגוסט בשנים גשומות), והזרימה בנהרות היא בדרך כלל בצורת זרזיף עד הסתיו.
אקלים.
האקלים ברוב שטח הפארק הוא אקלים-ים תיכוני של קיץ חמים (סיווג Csb על פי שיטת קפן) ורק במקומות הנמוכים ביותר האקלים הוא אקלים-ים תיכוני של קיץ חם (סיווג Csa). בין נובמבר לאפריל יורד שלג כבד שנמס במהירות במהלך מאי ויוני. הצטברות שלג באזורים הגבוהים יותר בפארק הלאומי קינגס קניון יכולה להיות גדולה במיוחד, ולעיתים קרובות בהיקף של מאות סנטימטרים, אם כי גובה שכבת השלג הממוצעת השלג השנתית משתנה מאוד בין שנים ברוכות לדלות במשקעים.
גאולוגיה.
מרבית ההרים והקניונים בסיירה נבדה בנויים מסלעי גרניט דיוריט ומונזוניט שנוצרו כאשר סלע מותך התקרר עמוק מתחת לפני הקרקע בקרטיקון, לפני כ-100 מיליון שנים. ההתכה הייתה תוצאה תהליכי הפחתה טקטוניים. הלוח הפסיפי נחת מתחת לצפון-מערב הלוח הצפון-אמריקאי ועובר התכה. לסלעי הגרניט יש מראה מנומר דמוי מלח ופלפל הנובע ממגוון המינרלים בסלע, כולל קוורץ, פצלת השדה ונציצים.
לפני 17 מיליון שנים גרמו תנועות טקטוניים הקשורות לפרובינציית אגן ורכס להתרוממות ולמתיחה של החלק המערבי של יבשת אמריקה הצפונית. לפני 10 מיליון שנים החל להתרומם רכס סיירה נבדה כאשר גוש קרום כדור הארץ בין רכס החוף לפרובינציית אגן ורכס התחיל לנטות כלפי מערב כיוון שהחום מההתמתחות של אגן ורכס גרם לחלק המזרחי של הבלוק להיות דק יותר ולכן בעל כושר ציפה גדול יותר מהצד המערבי. קו ההעתקים המזרחי, שכיום מהווה את רכס ההרים הגבוה לאורך הגבול המזרחי הגובל בעמק אוונס, התרומם בכמה אלפי מטרים. הקצה החשוף עבר סחיפה מהירה והבתוליתים והסדנים שבעומק נחשפו בחלקם. נהרות התחתרו לעומק שכבות הסלעים המתרוממות ויצרו עמקי נהרות צרים ועמוקים.
במהלך 10 השנים האחרונות התחוללו לפחות 4 עידני קרח וההרים התכסו בשכבת קרח עבה. קרחונים נוצרים ומתפתחים בתקופות ארוכות של מזג אוויר קר ולח. קרחונים נעים לאט מאוד דרך ההרים, כשהם הופכים את עמקי הנהרות הקיימים הצרים לעמקי U, חוצבים עמקים עמוקים ופסגות טרשים. ההיסטוריה הנרחבת של הקרחונים בתוך הרכס והאופי העמיד בפני סחיפה של הסלעים הגרניטיים המרכיבים את רוב סיירה נבאדה יצרו יחד נוף של עמקים תלויים, מפלים, פסגות טרשים, אגמים אלפיניים וקניונים קרחוניים.
בחלקים קטנים יש אזורים של סלעים מותמרים. סלעים אלו הם שרידים של איים געשיים שצורפו ליבשת אמריקה הצפונית לפני התרוממות הסיירה נבדה. הם כוללים סלעים געשיים מותמרים, שיסט, קוורציט, פיליט ושיש.
ספלאולוגיה.
בשטח המאוחד של הפארק הלאומי סקוויה והפארק הלאומי קינגס קניון נתגלו לפחות 275 מערות, והמספר הולך וגדל כיוון שמערות חדשות מתגלות מפעם לפעם. כך למשל בספטמבר 2006 התגלתה מערה שזכתה לכינוי הדובה הקטנה (Ursa Minor). המערות נמצאות בעיקר בשליש המערבי של הפארקים ברצועה צרה של שיש. מערכות מערות רבות נוצרו בשכבות הסלע לאורך המזלג הדרומי של הנהר קינגס, כולל מערת בוידן (Boyden Cave).