El río Gállego en su recorrido, norte-sur, disecciona perpendicularmente dos grandes unidades geológicas: la cordillera Pirenaica y la Cuenca Terciaria del Ebro (Depresión del Ebro).
La cabecera del río Gállego se sitúa en el ámbito paleozoico (560 a 230 millones de años) de la Zona Axial Pirenaica, formada por pizarras, cuarcitas y calizas paleozoicas y los macizos graníticos de Balaitús y Panticosa. Desde esta zona, durante las glaciaciones del cuaternario, la red fluvial concentró una masa de hielo suficientemente grande como para configurar el valle glaciar, cuya lengua atravesaba las Sierras Interiores (Telera, Tendeñera). A partir de la Ribera de Biescas la lengua se ampliaba enormemente al alcanzar materiales más blandos (flysch y margas eocenas). Este hecho permitió la creación de una cubeta de sobreexcavación que alcanzaba la Depresión Media Pirenaica, hasta las localidades de Senegüé y Sabiñánigo, a alturas entre 830 y 807 m sobre el nivel del mar. Estos fenómenos glaciares terminarían de configurar el escenario sobre el que se encuentra el tramo alto del Gállego.
Tras atravesar las Sierras Interiores, el río desciende por las margas azules de Sabiñánigo, continúa por la denominada “Cuenca de Jaca” donde predominan las areniscas, hasta alcanzar los conglomerados que constituyen los Mallos de Riglos.
En su curso bajo, el río Gállego penetra en la Depresión del Ebro. Una cuenca constituida por depósitos continentales que comprenden conglomerados y areniscas en los sectores marginales más próximos a la cordillera pirenaica; margas y calizas sedimentadas en épocas húmedas, cuando la depresión estaba ocupada por grandes lagunas; rocas evaporíticas como el yeso depositadas en épocas áridas, por la rápida evaporación del agua. Estos materiales están coronados por depósitos cuaternarios de terraza, compuestos por gravas, arenas y limos.
El modelado de la amplia llanura aluvial por la que transcurre el actual tramo bajo del río no se llevará a cabo hasta finales del terciario (hace unos 2 millones de años), cuando la erosión de la cordillera costero-catalana produce la apertura al exterior de la Depresión del Ebro, con el consecuente vaciado y constitución de la actual red fluvial.
