Są to głównie skaliste rafopodobne wapienie z domieszkami wapieni okruchowych. Powstały w płytkim morzu, jakie w późnej jurze znajdowało się na tych terenach. Ich budowa geologiczna wskazuje, że znajdują się one w rozległej, związanej z trzeciorzędowymi ruchami tektonicznymi strefie przyuskokowej oddzielającej Wyżynę Olkuską od Rowu Krzeszowickiego.
Wapienne podłoże sprzyja procesom krasowym, m.in. powstawaniu jaskiń i schronisk. Jest ich w Dolinie Bolechowickiej dziesięć: Jaskinia Bezimienna, Jaskinia Bliźniacza, Jaskinia Krzywa, Jaskinia na Skałce, Okno Sokole Pierwsze, Okno Sokole Drugie, Okno Sokole Trzecie, Okno Sokole Czwarte, Rura nad Sokolimi Oknami, Schronisko obok Jaskini na Skałce.
Od 1968 r. Dolina Bolechowicka objęta jest ochroną rezerwatową. W południowej części doliny (od Bramy Bolechowickiej zaczynając) znajduje się częściowy rezerwat przyrody Wąwóz Bolechowicki. Dozwolona jest w nim na określonych warunkach wspinaczka skalna. Bramę Bolechowicką tworzą skały Filar Abazego po stronie wschodniej oraz Filar Pokutników po stronie zachodniej. Pozostałe skały w dolinie to Ciemny Mur, Ostra Turniczka, Palec, Piętrowa Turniczka, Poprzeczna Grzęda, Turnia z Grotami, Zamarła Turnia, Jaruga.