Geologia Tereny Parku to obszary cenne z punktu widzenia geologii, którymi na początku XIX w. interesował się m.in. Stanisław Staszic. Znaczący wpływ miały tu zlodowacenia, w czasie których wiatry osadziły tu wielkie ilości drobnych pyłów, tworzących obecnie pokrywy lessowe o grubości od kilkunastu do nawet 30 metrów. Jedną z najważniejszych atrakcji Parku jest gęsta sieć wąwozów lessowych, w okolicach Bochotnicy ich zagęszczenie jest największe w Europie i przekracza 10 km na km². Charakterystycznym elementem krajobrazu są również strome skarpy wiślane zbudowane ze skał wapiennych, których biel kontrastuje z zielenią porastających skarpy zespołów roślinnych. Skarpa przy ujściu Chodelki do Wisły osiąga wysokość 90 m i rozciąga się z niej wspaniały widok na całą okolicę. Wisła w granicach Parku zachowała swój naturalny, dziki charakter z licznymi odnogami, wyspami, łachami i starorzeczami.