Geologiskt sett är Phu Phan-bergskedjan en del av Khoratgruppen, som består av mesozoisk sandsten, skiffer och konglomerat. Dess distinkta geomorfologi är den av en "mesa", kännetecknad av platta toppar och branta klippor. Detta formades av miljontals år av upplyftning och erosion, vilket resulterade i bildandet av en inverterad kupolformad stenbåge känd som "Phu Phan Dome", som är en viktig naturresursreservoar.