Vor 400 Millionen Jahren schob sich urzeitliches Gestein über jüngeren Sandstein und Schiefer. Daher ist das Jotunheimen geologisch gesehen eine Gebirgsformationm des Präkambriums, die hauptsächlich aus Gabbrogestein in verschiedenen Erscheinungsformen besteht. Normalerweise ist das Gestein dunkel und besitzt weiße Flecken. Es enthält die Minerale Pyroxen (dunkel) und Feldspat (weiß). Aber es kommt auch ein gneisähnlicher Grabbo vor, in dem schwarze Streifen parallel zueinander durch weißes Material verlaufen.

Die Gabbromassive des Jotunheimen haben sich als hart und widerstandsfähig erwiesen und werden nur relativ langsam abgetragen. Dies ist überhaupt der Grund dafür, daß sich in diesem Gebiet die höchsten Gipfel des nordeuropäischen Raums befinden.

An Form und Gestalt der Gipfel und an den ausgeprägten, von Gletschern geschliffenen Talmulden (Kare) wird besonders deutlich, dass die Eiszeiten im Jotunheimen ihre Spuren hinterlassen haben. Auch Endmoränen sind an den heutigen Enden der Gletscherzungen, bzw. weiter talabwärts, mehr oder weniger klar erkennbar. Sie kennzeichnen die verschiedenen Stadien der Gletscherschmelze.

Der größte Teil der Sand-, Lehm- und Kiesmassen, aus denen die Talsohlen bestehen, ist glaziales Material, das oft zusätzlich noch durch Bäche und Flüsse weiterverteilt wurde.