Setesdalsheiene er den del av det svekonorvegiske grunnfjellsskjold, som er 1 milliard år gammelt eller noe mer. Grunnfjellet har sprekke- og svakhets soner som strekker seg som rutenett nordøst-sørvest, og mange av de store innsjøene i Setesdalsheiene ligger orientert etter disse sonene. Det er også noen nord-sør-gående sprekksoner som gjennom nyere tid har blitt gravd ut av istider og smeltevann, og disse sprekksonene har gitt opphav til Setesdalen og de andre større elvedalene i Vest-Agder.