Tanah Sangiran telah memiliki perjalanan yang panjang sejak jutaan tahun yang lalu. Kondisi sangiran yang terapit Gunung Lawu, Merbabu, dan Merapi membuat tanah Sangiran terangkat dan menguak berbagai lapisan tanah yang dimilikinya.
Lapisan tanah ini terdiri dari formasi Notopuro yang merupakan lapisan termuda dan terdiri dari stepa tandus dengan curah hujan rendah. formasi kabuh yang merupakan sabana subur dengan hutan tropis. lapisan grenzbank yang merupakan lapisan peralihan dari rawa-rawa menjadi daratan. formasi pucangan menggambarkan sangiran ketika menjadi rawa-rawa. Terakhir adalah formasi kalibeng yang menggambarkan kondisi laut.