Góry te stanowią najstarszą część Sudetów i są zbudowane głównie z prekambryjskich gnejsów.
Budowa geologiczna Góry Sowie należą do dwóch jednostek geologicznych o skomplikowanej tektonice i zróżnicowanej litologii: bloku sowiogórskiego i niecki śródsudeckiej.
Skały bloku sowiogórskiego tworzą główny masyw Gór Sowich. Są to gnejsy i migmatyty z niewielkimi wystąpieniami skał ultrazasadowych (serpentynitów), zasadowych (amfibolitów i lamprofirów) oraz kwaśnych (granulitów, pegmatytów, aplitów oraz żył kwarcowych). Właśnie te poboczne skały stanowią o atrakcyjności tych gór.
W obrębie gór – w okolicach Kamionek, Glinna i Walimia – w starszym, metamorficznym podłożu występują lokalnie młodsze skały karbońskie (zlepieńce, piaskowce i łupki ilaste) tworzące tzw. „kulm sowiogórski”.
Południowo-zachodnia część gór należy do niecki śródsudeckiej (tzw. synklinorium śródsudeckiego), powstałej w okresie orogenezy waryscyjskiej, która wypełniona jest utworami karbońskimi i permskimi, z wystającymi w kilku miejscach skałami starszego podłoża. Z tych skał osadowych zbudowane są Wzgórza Wyrębińskie.
Historia geologiczna