Budowa geologiczna Trzon krystaliczny głównego grzbietu Tatr Zachodnich (a także Wysokich) stanowią głębinowe skały magmowe (granity) oraz metamorficzne, w tym gnejsy, migmatyty, amfibolity, łupki krystaliczne i mylonity, pochodzące prawdopodobnie ze paleozoiku dolnego. Na zboczach Trzydniowiańskiego Wierchu i na Długim Upłazie dostrzec można z daleka kilka białych, lśniących kwarcytów wystających ponad powierzchnię. Północne stoki Tatr Zachodnich, podobnie jak Wysokich oraz Tatry Bielskie, zbudowane są ze skał osadowych.
Występowanie tutaj dużej ilości skał bardziej podatnych na erozję niż skały Tatr Wysokich jest przyczyną tego, że szczyty Tatr Zachodnich są niższe. Największy wpływ na kształtowanie rzeźby terenu wywarły wody płynące – potoki. Ich bieg został częściowo narzucony przez budowę geologiczną podłoża – układ warstw, uskoki, spękania, a częściowo następował niezależnie od struktur geologicznych. Tak np. głębokie wąwozy dolin Kościeliskiej i Chochołowskiej wyrzeźbione zostały w skałach osadowych przez płynące ich dnem potoki. Niewielki szlif nadały rzeźbie Tatr Zachodnich lodowce górskie.