La formación del paisaje de las Montañas Azules ocurrió hace más de 300 millones de años y comenzó con movimientos de la tierra que crearon la base de cuarcita sobre la cual se encuentran las montañas. A partir de ahí, la geografía estaba formada por ríos que inundaban regularmente la base y dejaban depósitos de sedimentos. Estos depósitos más tarde formaron capas de lutitas, limolitas y piedras de barro que se convirtieron en vetas de carbón. Aproximadamente 500 metros de sedimento marino provinieron de esto.
Durante el período Triásico que ocurrió hace 250 millones de años, los ríos comenzaron a depositar grandes cantidades de arena sobre las lutitas y a enterrarlas. Las capas finalmente se hundieron bajo el peso de la arena y formaron una cuenca. A medida que la arena continuaba asentándose en la cuenca recién formada, el calor y la presión hicieron que las capas de abajo se convirtieran en roca dura. Estas capas de roca dura se conocieron como las areniscas de Narrabeen y Hawkesbury. Aproximadamente 80 millones de años después, la arena dejó de ser depositada y las fuerzas en la tierra empujaron las capas de roca dura hacia arriba. Las Montañas Azules es el nombre dado a la meseta resultante que se formó. La razón por la cual la meseta se asemeja a una cordillera se debe al hecho de que la meseta ha sido diseccionada. Los valles y gargantas resultantes de la actividad volcánica son los principales factores para la disección y la apariencia resultante del área.
