Geologickú stavbu Muránskej planiny tvorí niekoľko vrstiev hornín uložených na sebe. Na samom dne ležia kryštalické horniny z obdobia prvohôr, akými je budovaná severozápadná časť Slovenského rudohoria. Na nich v prvej vrstve spočíva druhohorný sedimentárny obal tvorený pieskovcami a ílovcami, ktorý sa nazýva federátska jednotka. V príkrovovej pozícii nad nimi leží jednotka nazývaná turnaikum, tvorená pieskovcami, ílovcami a vápencami. Nad nimi sa navrstvil ďalší príkrov – muránsky. Jeho druhohorné vápence a dolomity, siahajúce od stredného triasu po spodnú kriedu, tvoria najvýraznejšiu horninovú masu Muránskej planiny. V starších treťohorách bolo celé územie zaliate morom, ktoré zanechalo usadeniny, aké dnes možno nájsť napríklad na chrbte Káštera pri Tisovci. Následné intenzívne vrásnenie spôsobilo opätovné vynorenie oblasti. Búrlivý vývin územia pretrvával aj v mladšom období treťohôr, kedy sa vplyvom vulkanickej činnosti nad Magnetovým vrchom severozápadne od Tisovca navŕšil kilometre vysoký vulkán. Intenzívna vulkanická činnosť, ktorej centrum bolo na strednom Slovensku, zanechala svoje stopy aj v oblasti Kľaku v podobe sopečných telies andezitov.

Muránska planina sa do súčasnej podoby vyformovala prostredníctvom ešte vždy trvajúceho mohutného vyzdvihovania Slovenského rudohoria a eróznou činnosťou vody, vetra a ľadu počas štvrtohôr, keď definitívne vplyvom silnej erózie zanikol „tisovský“ stratovulkán a vápencovo-dolomitické územie sa vytvarovalo do planiny s rozlohou približne 160 km2. Táto rozsiahla karbonátová planina, tvorená desiatimi rôznymi typmi vápencov a dolomitov z obdobia druhohôr, dnes tvorí centrálnu časť Národného parku Muránska planina.

Vďaka prevahe vápencov a dolomitov, hornín ľahko podliehajúcich procesu krasovatenia, je Muránska planina bohatá na povrchové i podpovrchové krasové javy. Doposiaľ tu bolo objavených takmer 500 jaskýň a priepastí, viac ako 50 ponorov a vyvieračiek ako aj množstvo povrchových krasových javov – škrapy, krasové jamy, tiesňavy, skalné veže a ihly, skalné brány. Zatiaľ najrozsiahlejším jaskynným systémom je jaskyňa Bobačka (národná prírodná pamiatka) s dĺžkou podzemných priestorov viac ako 5 kilometrov s bohatou sintrovou výzdobou.