Về mặt địa chất, dãy núi Phu Phan là một phần của nhóm Khorat, bao gồm đá sa thạch, đá phiến sét và đá cuội thuộc kỷ Mesozoi. Đặc điểm địa mạo nổi bật của nó là dạng "mesa", đặc trưng bởi đỉnh bằng phẳng và vách đá dốc. Điều này được hình thành bởi hàng triệu năm nâng lên và xói mòn, dẫn đến sự hình thành của một mái vòm đá hình vòm ngược được gọi là "Vòm Phu Phan", là một hồ chứa tài nguyên thiên nhiên quan trọng.