El Nevado del Tolima se formó sobre un basamento de vulcanitas mio-pleistocénicas y rocas cristalinas del Batolito de El Bosque y del Grupo de Cajamarca. La formación del Tolima incluye dos etapas ocurridas en el Cuaternario, una inicial caldérica (Tolima antiguo) y otra de construcción del actual cono (Tolima moderno). Los productos típicos del volcán han sido catalogados como andesitas de dos piroxenos; se trata de lavas (masivas y en bloques) y depósitos de flujos piroclásticos de ceniza y bloques y de escoria, y de caída de piroclastos. El hecho de ser un volcán nevado ha incrementado las condiciones favorables para la generación de flujos de lodo (lahares).