北京石花洞国家地质公园所在地区属京西隆起与北京凹陷的交汇部位，构造形态受印支运动以来的构造活动控制，与区内岩溶形成有关的较大型构造形态有：大白石尖-谷积山背斜、房山穹隆、北岭向斜、环北岭向斜剥离断层带和南大寨断裂带。地层主要有青白口系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系地层，其中以古生界寒武系和奥陶系在区内的出露范围较大，石花洞就发育在中奥陶系马家沟组灰岩中。地貌是在地壳抬升、流水切割、溶蚀、物理风化等造貌营力作用下形成的构造溶蚀剥蚀侵蚀地貌，形成了园区内以地下溶洞景观为主，地表夷平面残余地貌及岩溶峰为辅的岩溶地貌景观。
北京石花洞国家地质公园主要有地貌景观、地质构造2大类，2类，15处地质遗迹景观，140处地质遗迹景物列入地质遗迹名录。公园内有植物324种，包含国家二级保护植物6种，分别为黄檗、槭叶铁线莲、绶草、紫椴、胡桃楸、穿山龙。有动物57种，其中国家一级保护动物1种，为金雕；国家二级保护动物7种，为燕隼、红隼、纵纹腹小鸮、水獭、大鲵、多鳞铲颌鱼、东方薄鳅。