石花洞发育在中奥陶系马家沟组石炭岩中，由于地壳运动的多次抬升与相对稳定之过程，海底上升为陆地。大约在七千万年前华北发生了造山运动，北京西山就此而形成。尔后碳酸岩盐逐渐被溶蚀成一系列的岩溶洞穴，石花洞就是这样形成的。石花洞的洞体分上下七层，洞体沿东西方向展布：洞内温度常年为11℃—13℃，有蝙蝠栖息和鸟陆浮游，仅探知的1—5层洞道长约五千米。六、七层为地下暗河的流水及充水洞层。现已开发利用的一、二、三层洞道全长一千九百米，洞底面积约一万八千平方米，有十二个高大的洞厅及十六个洞室，现已开发利用。

    石花洞的洞穴沉积物自然景观：绚丽多姿、密集丛生，其种类齐全，类型繁多，并且华彩多姿、玲珑剔透。洞内有众多的石花、石枝、石毛、石菊、晶生、石葡萄、石珍珠、卷曲石、钙膜和洁白透明的石笋、石柱、石钟乳及玲珑剔透的石塔、石灯、晶莹璀璨、典雅秀丽的石梯田、云垒、雄伟壮丽的石幔、奔流腾泻的石瀑布、闪烁发光的壁流石彩光壁、清澈自溢的潭水、簇拥锦集的月奶石莲花，为华夏仅有。飞壁悬空的典雅石眉、鲜艳透明的五彩石旗，为国内洞穴沉积的典型，三层的洞穴沉积物更是绝花无比，琼花奇葩，四壁生辉，各种类型的沉积物千姿百态，玲珑剔透，有团状、丝状、花状、层型等奇观异景，汇集了世间洞穴沉积物的精华。

    石花洞洞体坚固、层次分明、洞底平坦、空气新鲜、环境优良。由于石花洞的深部有较大的洞体空间和地下暗河流经，因而便形成了洞穴气候环境自行调节的优越条件，对游人呼出的二氧化碳可以自行排除99.9%，对旅游开放、洞穴保护很有利。

    石花洞三层及三层以下洞层，为封闭式洞层，正处于青年发育的第三层长约五百余米，洞内如花似锦，四壁琅钎。绚丽多姿的石枝影照着清澈的地下水塘，千姿百态的多层石花、针状、团状、雪花状的品花、石毛正在生长，小玲珑的石灯，晶莹含露的鹅管等，由于石花洞的深部有较大的洞第三层镶嵌得典雅秀丽时间罕见，堪称北京的地下明珠、白玉长廊、华夏之冠，并在1997年的科研测试中为在中国洞穴石笋中首次发现了石笋透光微层即年纪纹层，古环境科学信息，仅此石花洞具有很高的科研与观赏价值。

   根据洞穴沉积分类，石花洞内的化学沉积，有五种类型，三十三种形态，主要有鹅管、石笋、石钟乳、石柱、石塔、石帘、石幔、石瀑布、石梯田、穿石井、边石坝、石龙、石饼、穴珠、石珍珠、天流石、钙板、钙膜、卷曲石、云盒、石花、石枝、晶花、石毛、石菊、多层石花、石榴、石葡萄、石钟乳悬挂岩、石灯、石莲等最为典型的是众多的五彩石旗和奇异盾及国内洞穴中仅有的月奶石莲花，另外还有岩洞天窗和地下水塘，由于各种岩溶地质作用，不但使石花洞形成深奥的洞体，并且在洞内沉积了许多华彩多姿，典雅秀丽的奇异景观。综合上述石花洞为我国北方岩溶洞穴典型代表，经过合理开发建设和精心保护及科学管理，可成为北京地区得天独厚的旅游胜地和岩溶地质研究基地。

　　石花洞已开发一、二、三层洞道，全长1900多米，对游客开放的一、二两层洞道长1362米，有十二个高大的洞厅和十六个洞室组成。还有形态各异的大小支洞六十三个。石花洞洞内次生化学沉积物种类多、造型美，有千姿百态的石花、石枝、石钟乳；典雅秀丽的石塔、石盾、石灯、石梯田；雄伟壮观的石幔、石旗、石瀑布；银白耀眼的月奶石和闪烁发光的彩光壁，石花洞汇集了岩溶洞穴沉积的精华。石花洞不仅沉积类型多、形态美，而且洞体坚固、层次分明，洞内空气新鲜、环境优良。由于洞体深部有较大的空间和地下暗河，因而形成了洞穴气候环境自行循环调节的优越条件。

    石花洞的“遥池石莲”，已生长32000余年，洁白丰满，由大片的月级石沉积而成，世界稀有，中国首次发现：“黄河瀑泻”，由高12米，宽23米的巨大石钟乳形成，气势磅礴，雄伟壮观：“龙宫竖琴”，垂高10米，长18米，由540余片石幔折叠布成，堪称国内洞穴第一幔：“银旗漫卷”、“闪光壁”、“洞天三柱”、“后宫仙帐”等十二大洞穴奇观无不令人赞叹叫绝。为满足游人的需求，石花洞在加强深层开发的同时，在洞出口增加了“世界洞穴奇观展”，共汇集、展出世界著名洞穴景观照片上百幅。

    石花洞内的自然景观玲珑剔透，有滴水、流水和停滞水沉积而形成的高大洁白的石笋、石柱、石梯田等，和渗透水、飞溅水、毛细水沉积形成的众多晶花、石毛、石菊、石珍珠、石葡萄等。并有晶莹的鹅管、珍珠塔、彩光壁等，众多的五彩石旗和美丽的石盾为中国洞穴沉积物的典型，大量的月奶石莲花为在我国洞穴中首次发现。石花洞内的环境优雅，空气新鲜，洞内温度常年13度。

 　　石花洞地区的岩溶洞穴分布密度高，成洞条件好，形成过程复杂。这些高大的厅堂和精美的景观，是大自然在漫长的地质岁月中，精心雕塑出来的。

　　石花洞由多层溶洞组成。这种多层结构的溶洞最早形成的是洞顶。当时，洞顶层就相当地下水位的水准面，在这里有地下水溶蚀、搬运，把洞穴物质带走，洞穴形成后，出现了地壳上升，该层溶洞随地壳上升而地下水位则相对下降；其后，当地壳稳定下来时，地下水又在新的岩层部位进行溶蚀搬运，便形成了第二层溶洞。这样，地壳多次上升，便形成了多层洞穴。可见，石花洞七层不同高度溶洞的存在，标志着这一地区至少发生过六次间歇性上升。目前，地下水仍在溶蚀着最低层洞穴。

   北京石花洞国家地质公园，除地下部分的岩溶洞穴及洞内次生化学沉积景观外，地上部分还有地层剖面和地质构造形迹等地质遗迹景观和部分古建筑及人文历史景观等。