Budowa geologiczna Masyw zajmuje północno-zachodni fragment niecki śródsudeckiej. Na oderwanym i wypiętrzonym fragmencie formacji skalnej Masywu Czeskiego w dolnym karbonie osadziły się grube warstwy zlepieńców, należących do facji kulmu. W karbonie górnym powstały naprzemianległe warstwy zlepieńców, piaskowców, łupków i pokładów węgla kamiennego.
W karbonie górnym z głębi ziemi intrudowały kwaśne magmy, które zastygły pod ówczesną powierzchnią ziemi, a które obecnie tworzą porfiry budujące Chełmiec, Mniszek i Trójgarb.
Warstwy osadów karbońskich są generalnie nachylone ku środkowi niecki śródsudeckiej (w tym rejonie ku południowi), natomiast w rejonie intruzji Chełmca zostały podniesione i zapadają koncentrycznie na zewnątrz. Po wyniesieniu obszar ten podlegał erozji, aż ukazały się na powierzchni ziemi skały subwulkaniczne. Jako twardsze od skał osadowych tworzą one strome zbocza poszczególnych masywów. Ostateczny wygląd obszar ten otrzymał w okresie epoki lodowcowej.