Geológicamente es una estructura plegada muy compleja que arma las sierras más elevadas de este sector occidental, en concreto la sierra de Francia. Sobre su estructura deformada en pliegues de diversos tipos, bien resaltados por los bancos resistentes de la cuarcitas ordovícicas y sus conglomerados de base, se forman sinclinales colgados -como el que forma la cumbre de la Peña de Francia- y sierras del flanco sinclinal, mientras que los anticlinales han sido desventrados y dan lugar a collados, pasillos o depresiones. Situadas estas estructuras en un área próxima a la falla de Plasencia, se ven afectadas por dislocaciones de dirección NE, a lo largo de las cuales se han producido desplazamientos de bloques y, con ellos, desenganches de diversos sectores de los pliegues. Esta fallas aíslan sierras o sectores diferenciados de las mismas debido a la discontinuidad de las morfoestructuras.

En la Peña de Francia es común ver fósiles dejados en el pasado por diferentes organismos marinos, en especial cruzianas de trilobites y diversas galerías de gusanos marinos (skolithos, daedalus). Muy cerca, en Monsagro, hay además una ruta señalizada por sus calles con la que se pueden ver algunos ejemplares de estos mismos fósiles que se han empleado en las fachadas de sus calles.