Il paesaggio del Parco di Veio è legato alla sua storia geologica e la maggior parte delle alture presenti sul territorio derivano dai crateri o dai coni dei depositi vulcanici, così come parte delle depressioni rappresentano le bocche di antichi crateri collassati (caldere).
L’apparato vulcanico sabatino iniziò la sua attività circa 600.000 anni fa, contemporaneamente ad altri distretti vulcanici del Lazio (Vulsino, Vicano, Albano, Cimino ed altri) con il primo edificio vulcanico di Morlupo-Castelnuovo di Porto. Più o meno contemporaneamente iniziò l’attività anche nella zona di Sacrofano, con la formazione di un edificio considerato tra i più importanti del distretto sia per la durata della sua attività sia per l’enorme mole dei prodotti emessi. Le sue prime eruzioni, i cui depositi hanno investito la zona nord-orientale del Parco, sono costituite da un’ignimbrite (“Tufo giallo della Via Tiberina”) che hanno formato strati di oltre 50 metri di potenza e che vengono ancora oggi sfruttati come cave di blocchetti per l’edilizia.
L’importanza delle eruzioni di questo edificio e la quantità di prodotti emessi, colmò la valle dell’antico Tevere, che prima scorreva in quelle zone, e ne spostò il corso a Est del Monte Soratte.
Il cono del vulcano di Sacrofano raggiunse un’altezza di 500-600 metri e rimase in attività per circa 150.000 anni; tale attività fu, però, assai discontinua tanto che tra i vari strati di depositi vulcanici si nota la iniziale formazione di terreni – paleosuoli – adatti alla crescita ed allo sviluppo della vegetazione (“Tufi varicolori di Sacrofano e La Storta”). In questo stesso periodo l’attività vulcanica si diffuse in tutto il distretto vulcanico sabatino producendo la formazione di diversi coni che eruttarono depositi che si mescolarono e si sovrapposero l’un l’altro. A causa del ridotto potere esplosivo dei coni principali che iniziavano a vuotarsi, si vennero a creare anche dei piccoli apparati secondari costituiti principalmente da lapilli, scorie e cenere che sono ancora oggi riconoscibili (Monte Musino, Monte Solforoso, Monte Ficoreto, ecc.). Contemporaneamente si formò anche il cratere di Vigna di Valle che circa 430.000 anni fa eruttò una potente colata piroclastica nota come “Tufo rosso a scorie nere” che ricoprì una vasta area sia all’interno che all’esterno dell’odierno confine del Parco. La fase stromboliana del vulcano di Sacrofano terminò all’incirca 300.000 anni fa quando, a causa della progressiva riduzione della pressione del magma all’interno della camera magmatica, l’acqua presente negli acquiferi regionali entrò nella camera magmatica stessa causando violente eruzioni esplosive che produssero e depositarono il cosiddetto “Tufo di Sacrofano”. L’attività di questo edificio durò a lungo, affiancata anche dalla intensa attività dei suoi coni secondari, tanto che alla fine la parte sommitale del vulcano collassò crollando su se stessa per dare luogo alla caldera di Sacrofano. L’attività finale del distretto sabatino continuò soprattutto nel settore occidentale con episodi esclusivamente di tipo freatomagmatico (Monte Razzano e Baccano: la caldera di quest’ultimo, in cui si era formato un lago bonificato in tempi antichi, è oggi attraversata dalla Via Cassia Veientana). L’attività vulcanica di quest’area si esaurì definitivamente meno di 40.000 anni fa.
Il reticolo idrografico del Parco è costituito da un articolato sistema di fossi appartenenti al bacino del Tevere e, nella parte più settentrionale, a quello del fiume Treja. Il territorio è interessato da tre bacini imbriferi, formati dal torrente della Valchetta (l’antico Crèmera), dal fosso della Torraccia (o di S. Antonino) e dal fosso della Crescenza (o del Fontaniletto), che con andamento a pettine da nord-ovest a sud-est si riversano nel fiume Tevere come suoi affluenti di destra.
Questi con la loro azione erosiva col tempo hanno scavato il terreno tufaceo formando le forre, vallate strette e profonde, che oggi rappresentano una delle caratteristiche principali del territorio, anche per la loro straordinaria valenza naturalistica. In corrispondenza dei salti di quota, localmente si sono formate piccole cascate, in particolare sul Cremera e sui suoi affuenti.
I resti di antichi edifici vulcanici (caldere) sono stati invasi dall’acqua e formano dei laghi (Bracciano) alcuni
dei quali, come quello di Baccano, sono stati prosciugati dall’uomo nei secoli scorsi e hanno fortemente influenzato le caratteristiche morfologiche dell’area.
Attualmente si possono ancora riconoscere una serie di crateri minori.
Le acque sotterranee sono molto abbondanti, trattenute sia nei grandi acquiferi regionali profondi, sia in quelli più superficiali locali, raccolti a contatto tra rocce a diverso grado di permeabilità come le lave e le piroclastiti.
Le acque sotterranee in pressione costituiscono una falda che si manifesta con numerose sorgenti, molte delle quali mineralizzate sia fredde sia calde: si ricordano quelle di Ponte Sodo e dei Bagni della Regina presso Veio e quelle di S. Antonino, dell’Acqua Ferruginosa e del Fosso dell’Acqua Forte presso Castelnuovo di Porto.