Địa chất của vùng Yosemite phần nhiều là đá granit và đá cổ còn sót lại. Vào khoảng 10 triệu năm trước đây, dãy Sierra Nevada bị nâng lên và nghiêng một bên để tạo thành sườn dốc phía tây thoai thoải và có độ dốc lớn hơn ở phía đông. Quá trình nâng lên làm các lòng sông dốc hơn và hình thành lên các hẻm núi sâu và hẹp. Vào khoảng một triệu năm trước đây, tuyết và băng tích tụ, tạo ra những sông băng trên đồng cỏ núi cao mà dịch chuyển dần xuống thung lũng. Băng ở thung lũng Yosemite có thể dày tới lên tới 1.200 m (4.000 ft) vào đầu thời kỳ băng hà. Khi sông băng chảy xuống, nó cắt và khắc vào đá tạo thành các thung lũng hình U.