In der letzten Kaltzeit (Würmeiszeit) transportierten Schmelzwässer des Isar-Loisach-Gletschers gewaltige Mengen abgerundeten Schotters nach Norden, unter anderem in die Münchner Schotterebene, auf welcher der größte Teil des Parks liegt. In dessen nördlichem Teil ist die eiszeitliche Schotterdecke durchschnittlich 20 bis 30 Meter dick und liegt den grundwasserstauenden, voreiszeitlichen Ablagerungen der oberen Süßwassermolasse (Flinz) auf. Im südlichen Teil sind Alt-Moränen und lössbedeckte Schotter der vorletzten Eiszeit (Rißeiszeit) zwischen den würmeiszeitlichen Abflussrinnen liegen geblieben. Diese Bereiche sind von bis zu 5 Kilometer langen und bis zu 10 Meter tief eingeschnittenen Tälern mit Fließerden und Periglazialschottern durchzogen, wie z. B. das Ottertal.