No que respeita à geologia, a Grande Rota insere-se na sua totalidade na Bacia Sedimentar Meso-Cenozóica Lusitânica que, a par com as bacias do Porto e do Algarve, formam o grupo das Bacias Interiores do território nacional.
Ao percorrer a grande rota Caminho do Atlântico - Rede Natura do Oeste irá perceber que, desde a Praia da Assenta até aos campos de lapiás do Cabo Carvoeiro, podem ser observados diversos fenómenos geoestruturais, de que são exemplo as plataformas de abrasão (Praia da Assenta e da Areia Branca), os filões, as chaminés vulcânicas (Praia da Assenta), as dunas (Areia Branca e Consolação) e ainda plataformas compactadas de fósseis, em particular do lamelibrânquio Isognomon lusitanicum (Praia da Consolação).
Os materiais sedimentares que se foram depositando sobre camadas mais antigas da chamada Bacia Lusitânica onde se insere a Grande Rota, eram essencialmente rochas carbonatadas ou detríticas como acontece no Penedo do Guincho e na Riba Amarela, que são formados por areias, grés, argilas e conglomerados.
Já no extremo norte da Grande Rota, no Cabo Carvoeiro são características as falésias carbonatadas erodidas e os campos de lapiás, formações típicas das geologias cársicas e que aqui assumem dimensões praticamente únicas em Portugal.

O seu elemento mais representativo será talvez a Nau dos Corvos.
Ainda neste local pode descer as escadinhas até à Lage dos Pargos e apreciar uma sucessão de estratos do Jurássico (205-135 milhões de anos).