Geologisch zählt der Mondseeberg zur Flyschzone, er besteht aus Oberkreideflysch, und zwar Altlengbach-Formation (Maastrichtium–Thanetium, Wende Kreide/Paläozän, 70–50 Mio. Jahre). Die Hänge über dem Ort Mondsee und die Flanken der Kulmspitze sind Zementmergelserie (Coniacium–Campanium, mittlere Oberkreide, ca. 90–70 Mio. Jahre alt). Am Hochmoos und auf der Riesen über Mondsee liegen nacheiszeitliche Schotterablagerungen, und zwar die der letzten Eiszeit, der Riß-Kaltzeit (um die 200.000 alt), über dem Hochmoos auch Randmoränen dieser Zeit und darüber sogar Mindel-Moränen (ca. 400.000 Jahre alt), die den deutlich mächtigeren früheren Vorstoß markieren. Dabei hat die Hauptmasse des Mondseegletschers des Dachsteingletscher die Südwestflanke des Mondseebergs abgeschliffen, während die Oberwang und das Hochmoos von Nebenzungen geprägt wurden. Der Mondseeberg blieb während der Eiszeiten als Nunatak aper stehen.