Sierra Cabrera forma parte de las zonas Internas Béticas. Esta sierra se estructura como un gran pliegue antiforme del sustrato, delimitado por fracturas de distinto tipo, y que deja, al norte las depresiones sedimentarias de Vera y de Sorbas, y al sur el campo de Níjar.
En el sustrato bético, que constituye la mayor parte de la sierra, encontramos rocas mayoritariamente metamórficas, pertenecientes a los complejos:
Nevadofilábride: Se trata de micasquistos grafitosos y cuarcitas, de edad Paleozoico, impermeables y relativamente poco coherentes. Afloran esencialmente desde la línea de cumbres hacia el sur, aunque también aparecen en la vertiente norte en las inmediaciones de Mojácar, y en la cabecera del barranco de Mófar, donde curiosamente sobrevive un rodal relicto de alcornoques, entre el cerro Arraez y la Majada de la Nieve.
Alpujárride: Se diferencian dos conjuntos litológicos superpuestos: Debajo, filitas y cuarcitas de colores grises, plateados y violáceos, y encima, un conjunto carbonatado, calizo-dolomítico, con variado grado de metamorfismo. Presentan una compleja estructura, con pliegues, fracturas, y tal vez la superposición de varias unidades tectónicas. Afloran predominantemente en la ladera norte de la sierra, aunque también están presentes al sur. Las filitas y cuarcitas, impermeables, sufren abarrancamiento con facilidad. El conjunto carbonatado, a veces muy karstificado, define los principales relieves de la zona, formando roquedos y tajos como el del cerro de Los Ericos. La alternancia de materiales permeables e impermeables posibilita la presencia de numerosos nacimientos de agua en la ladera norte de la sierra.
Maláguide: Está muy escasamente representado por rocas sedimentarias detríticas (Triásico) y carbonatadas (Mesozoico y Paleógeno). Aflora exclusivamente en los bordes tectonizados del sustrato bético.
Entre los materiales sedimentarios presentes en las faldas de la sierra, mayoritariamente de carácter marino, se diferencian dos conjuntos, uno de edad Mioceno inferior y medio, de litología variada y caracterizado por una intensa tectonización. Está generalmente mal representado, excepto en las zonas de La Umbría y La Limera ; el otro conjunto, de edad Mioceno superior, aflora extensamente, estando constituido por conglomerados y margas de edad Tortoniense, y sobre ellos calcarenitas y margas, que marcan el tránsito Tortoniense - Messiniense. No están representados sedimentos de edad Plioceno. Los depósitos de edad Cuaternario se limitan a pies de monte y canchales, existiendo unos llamativos depósitos de carácter travertínico en la zona de La Alcantarilla. En la costa aparecen varios niveles colgados de terrazas marinas.
Las referencias mineras se limitan a escasas catas que señalan indicios de Fe (Cueva del Pájaro), Cu y Pb (cerro Las Minas). Como curiosidad, se ha citado la existencia de “Cabrerita”, una variedad de Annabergita, identificada en las rocas carbonatadas alpujárrides.
Sierra Cabrera adquirió su estructura actual a lo largo del Neógeno, en el marco de una compresión N-S, relacionada con el acercamiento África - Europa, y de una extensión coetánea de dirección ENE – WSW que causó adelgazamiento cortical. En este contexto, la alineación tectónica de Sierra Cabrera se encuentra delimitada por fallas dextrorsas tanto por el norte como por el sur, y es cortada por el SE por la falla sinistrorsa de Carboneras. A la altura de Mojácar, Sierra Cabrera sufrió una torsión a dirección N-NE a la vez que el sustrato metamórfico fue estirado y arrastrado hacia el norte a favor del sistema de fallas de Palomares, continuándose en la alineación Almagrera - Sierra de Los Pinos, con un desplazamiento estimado cercano a 20 km . La complejidad tectónica de la zona ofrece abundantes y llamativos ejemplos de los efectos de las fracturas y deformaciones.
Sierra Cabrera emergió con seguridad al menos desde el tránsito Tortoniense - Mesiniense y experimenta importantes episodios de levantamiento posteriores, tanto en el Plioceno como en el Cuaternario.
