El anticlinorio de Valdelacasa incluye en su núcleo materiales del Ediacárico-Cámbrico Inferior pertenecientes, paleogeográficamente, a dos sectores que representaban, al final del Cámbrico, la transición entre un medio de plataforma carbonatada somera y los medios más profundos del talud que se situaba al norte, única área que todavía incluía medios marinos en el Cámbrico Inferior, y que también emergió definitivamente en el inicio del Cámbrico Medio.
En el flanco suroeste de esta gran megaestructura aparecen los materiales con carbonatos del Grupo Ibor (área de Peraleda de San Román). En el flanco noreste nos encontramos con la Formación Cíjara, consistente en lutitas, grauvacas (a veces muy arenosas) y conglomerados con abundantes clastos de fosfatos. Esta unidad incluye numerosas estructuras sedimentarias e icnofósiles que nos indican medios de transición desde la parte alta de un talud hasta una plataforma distal.
Discordantes sobre estos materiales se disponen formaciones olistostrómicas, que son el resultado de los desplomes de las plataformas carbonatadas del Grupo Ibor por las fuertes pendientes de los taludes, en medios muy inestables y con alta sismicidad, relacionadas con las fases finales de la Orogenia Cadomiense. Los bloques carbonatados del olistostroma del arroyo del Pedroso, localizado en el norte del geoparque, incluyen ejemplares de Cloudina.
Sobre estos materiales se sucede una importante sucesión del Cámbrico Inferior que registra “la gran radiación biótica del Cámbrico”, e incluye en áreas muy próximas al Geoparque, ya en la provincia de Toledo, yacimientos de los trilobites y arqueociátidos más antiguos de la Península Ibérica. Todos estos materiales sedimentarios son intruídos por materiales graníticos, por lo que es frecuente encontrarnos con berrocales (paisajes en los que abundan las piedras berroqueñas y bolos graníticos) que dejan, en ocasiones, figuras de alto valor paisajístico y geológico, como las que se estudian en los geositios desfiladero del Pedroso y berrocal de Peraleda-Cancho Valdecastillo respectivamente.
Esta megaestructura tiene aproximadamente un centenar de kilómetros de longitud por varios de ancho y discurre con una orientación NO-SE. Se encuentra limitada por su parte occidental por los afloramientos de rocas del Paleozoico inferior que constituyen el sinclinal del Guadarranque, mientras que por el norte, este y sur sus límites son menos netos, alternándose afloramientos de rocas paleozoicas, que generan acusados relieves, con materiales sedimentarios del Cenozoico (rañas).
