张家界世界地质公园内主要分布沉积岩，变质岩极少，未见岩浆岩产出。形成张家界武陵源砂岩峰林地貌的岩石，岩性为云台观组巨厚层或厚层细粒石英岩状砂岩夹薄层粉砂岩等，其石英含量高达90%以上，且其胶结物多为铁质、硅质等，石英和铁、硅质胶结物的化学性质在表生环境下十分稳定，具较强的抗蚀性。
另一方面，由于它具有坚硬的物理特性，因而构成峰柱坚固的基座。而黄家磴组顶部铁质胶结的紫红色厚层石英砂岩（铁矿层）构成峰柱的顶盖，就象给峰柱戴上了坚固的安全帽，形成名符其实的“铁帽”。所有这些，都是张家界武陵源砂岩峰林地貌得以形成并保存至今的物质基础。在巨厚层石英砂岩中，存在着若干层薄层粉砂质软弱层，因其抗风化侵蚀的能力较弱，易于风化剥蚀，它一方面降低了峰柱的坚固程度，但另一方面，也有利于单个峰柱的雕塑造型，形成众多栩栩如生的拟人拟物的峰柱造型地貌。
