L'origine del promontorio garganico è legata a fenomeni di sollevamento cretacei risalenti alla fine dell'era mesozoica (circa 70 milioni di anni fa), ma la sua attuale configurazione si è andata definendo negli ultimi 10.000 anni, soprattutto per opera del trasporto fluviale che a est e a sud ha formato il Tavoliere e, intorno al golfo di Manfredonia, la laguna sipontina e le paludi di Capitanata, mentre l'accumulo di sedimenti ha determinato la formazione di cordoni litoranei che hanno trasformato nelle lagune di Lesina e di Varano quelli che in origine erano golfi aperti verso il mare. Una peculiare caratteristica del Gargano è la presenza diffusa del carsismo, un processo di erosione grazie al quale l'acqua, arricchita di anidride carbonica, è in grado di disgregare e modellare il calcare, creando doline, inghiottitoi, cavità sotterranee, ponti di roccia e altri caratteristici fenomeni come quelli dei campi solcati, scanalature del terreno intervallate da lame di calcare. Dall'azione congiunta del carsismo e della erosione meccanica dovuta al moto ondoso hanno avuto origine le innumerevoli grotte marine e gli archi di roccia che creano gli splendidi angoli di natura disseminati lungo gran parte della costa, soprattutto nel tratto che va da Mattinata a Vieste. Nonostante manchino acque superficiali e un terzo del territorio sia arido e pietroso, la parte centro-rientale del promontorio appare coperta da un fitto manto forestale, dovuto alla abbondante piovosità (1200 mm annui). Nella stagione invernale, inoltre, non mancano copiose nevicate e la temperatura, pur mantenendosi generalmente elevata, può abbassarsi fino a raggiungere 10° sottozero.