El relieve de esta zona se constituye en la bisagra estructural que enlaza la Cordillera Cantábrica y los Pirineos, y es el resultado de la acción de un conjunto de fuerzas tectónicas sobre una cobertera de depósitos secundarios y terciarios donde alternan una facies blanda de margas, areniscas y arcillas, de escasa consistencia y gran plasticidad con una facies dura de calizas que constituyen el armazón estructural.
Los ejes de este soporte estructural lo constituyen el sinclinal de Villarcayo que conforma el Valle de Tobalina y el gran surco Terciario Ebro-Rioja que origina el valle de la Bureba y la Depresión de Miranda.
Los pliegues anticlinales orientados de NW a SE configuran las principales cadenas montañosas de este Espacio, constituidos por crestas y bóvedas calcáreas de paredes verticales entre las que discurren los valles y depresiones.
Las dos unidades morfoestructurales se enlazan entre sí mediante pasillos ortoclinales que conforman las hoces, desfiladeros y cañones, y originan diferentes fenómenos kársticos que configuran un paisaje calcáreo de contrastes.
