En este aspecto, Navarra es tan variada como en su relieve, que a su vez está condicionado por la estructura geológica. Están representados en ella todas las épocas geológicas, desde el Ordovícico hasta los tiempos actuales. Su litología es variadísima, sobre todo en lo que a rocas sedimentarias se refiere, aunque están también representadas, con cierta amplitud, las ígneas y las metamórficas.

Situada a caballo entre el Pirineo y la Cordillera Cantábrica, con casi su mitad meridional sobre el macizo del Ebro y llegando hasta el borde del Sistema Ibérico, su estructura es muy variada, pues participa de las características de cada una de estas unidades. Por esto el territorio puede dividirse en cinco áreas con una cierta unidad estructural y que tienen una historia geológica semejante. Estas cinco áreas son las siguientes:

– Zona Pirenaica.
– Zona Vasco-Cantábrica.
– Zona de Transición, situada entre las dos anteriores y que comprende la terminación occidental del Pirineo.
– Macizo del Ebro, en el que se ha incluido la zona de Fitero, perteneciente a la Ibérica.
– Macizos paleozoicos.

• Zona Pirenaica
Comprende la parte nororiental de Navarra. Su estilo tectónico es pirenaico con estructuras largas con clara vergencia al sur. Los terrenos que afloran son alóctonos.
Los materiales más antiguos afloran en el área de Larra y son del Cretácico Superior. El resto de los materiales que aparecen corresponden a la primera mitad del terciario y son de origen marino. Abundan los depósitos turbidíticos en facies flysch.
Todo este conjunto forma una unidad alóctona con estructuras ESE–WNW de vergencia sur, muchas de las cuales se prolongan en Aragón. El deslizamiento de la unidad hacia el sur ha producido pliegues volcados, cabalgamientos, pliegues asimétricos en la parte más septentrional, suavizándose hacia el sur, para volver a hacerse violentas en los cabalgamientos complejos de las sierras de Idokorri e Illón y en la de Leire, que forma el frente de la unidad.

• Zona Vasco-Cantábrica
Abarca la parte noroccidental de la provincia, quedando limitada al este por un importante accidente, la falla de Estella, jalonado de diapiros, que va de Estella a Elizondo. Por el sur comprende las sierras de Dos Hermanas y Cantabria y por el norte queda limitado por el macizo de Aia. Pertenece tectónicamente a la zona Vasco–Cantábrica, estando presentes en ella las distintas unidades del Arco Vasco, que en esta zona suponen estructuras dispuestas en dirección este oeste.
Los materiales más antiguos afloran a través de los diapiros citados y son las margas yesíferas y sales del Keuper. Durante el Jurásico y el Cretácico aparecen sucesivos depósitos de dolomías, calizas y margas. Del Paleoceno sólo quedan restos en las sierras de Urbasa y Andia, formados por calcarenitas, conglomerados, margas y calizas, semejantes a los de la sierra de Leire. El límite sur de esta unidad forma el frente de cabalgamiento sobre la Depresión del Ebro y la Fosa Riojana, que da lugar a las sierras de Cantabria y de Codés.

• Zona de Transición
Está situada entre las dos anteriores: el límite occidental queda claramente definido por el accidente Estella–Elizondo, pero por el este pasa gradualmente a la zona pirenaica, lo que hace difícil poner un límite preciso que estaría en la línea que une Orbaitzeta y Lumbier aproximadamente. Las estructuras de gran continuidad de la zona pirenaica sufren curvaturas en dirección SW–NE o NW–SE, lo que da lugar a cierres periclinales, cubetas, etc. Toda la zona es alóctona, deslizada hacia el sur. La estratigrafía presenta una transición entre las dos zonas anteriores. El Cuaternario tiene una cierta representación en las cuencas de Lumbier y Pamplona, donde se presentan una serie de glacis y terrazas climáticas.

• Zona del Macizo del Ebro
La Zona del Macizo del Ebro, cubierta por el Terciario continental, está cabalgada por las unidades anteriores por el norte y por el macizo Ibérico por el suroeste. La parte septentrional ha sido afectada por los movimientos alpinos y en el resto sólo se encuentran pliegues halocinéticos. En el Oligoceno toda la zona quedó cubierta por un amplio lago que duró casi hasta el Cuaternario y en el que se depositaron distintos materiales.
Los depósitos son de gran espesor debido la fuerte subsidencia y su naturaleza varió a lo largo del tiempo. Comenzó con arcillas, margas y yesos; posteriormente, en el tránsito al Mioceno y debido al levantamiento del Pirineo, se originaron depósitos de conglomerados discordantes con los depósitos anteriores en el borde norte de la zona, mientras que en el resto se siguieron depositando margas y yesos. Durante el Mioceno la situación fue semejante, aunque en este caso el Sistema Ibérico también proporcionó materiales (conglomerados de Fitero).
En el Cuaternario aparecen glacis y terrazas escalonadas que ocupan bastante extensión en el Ebro y en los cursos bajos del Ega, Arga y Aragón. Cuando las terrazas se encuentran sobre niveles de yesos, la extrusión de éstos, dada su plasticidad, suele producir la deformación de las mismas.
En cuanto a la estructura de esta zona, el borde septentrional se encuentra afectado por el cabalgamiento del Mesozoico y Terciario marino de las zonas geológicas ya descritas. El elemento fundamental de la tectónica de toda la zona lo constituyen los yesos y las sales que han originado, por halocinesis, los grandes anticlinales de Andosilla, Falces, Tafalla y Puente la Reina. El borde meridional está cabalgado por el Sistema Ibérico.

• Macizos Paleozoicos
Tienen poca relación estructural con las zonas anteriores y son los de Aia–Cinco Villas, Quinto Real–Alduides y Oroz-Betelu. El Paleozoico, que forma la zona axial del Pirineo, se sumerge paulatinamente hacia el oeste, sin llegar a Navarra. Sin embargo, aquí vuelve a emerger de modo discontinuo, formando tres unidades, que son los macizos citados (el de Oroz-Betelu de muy pequeña extensión). Estructuralmente son muy complicados, ya que a las deformaciones hercínicas se han venido a superponer las dislocaciones posteriores.
La estratigrafía de esta zona es bastante compleja. Los terrenos más antiguos de Navarra son del Ordovícico y afloran en Valcarlos, continuando toda la serie estratigráfica hasta el Keuper antes mencionado, con rocas tanto sedimentarias, como coladas de basaltos espilíticos.