Kolina Żywiecka geologicznie zbudowana jest ze skał fliszowych, czyli ułożonych na przemian piaskowców, zlepieńców i łupków.
Jest to przykład formy, której ogólne rysy nie zgadzają się z układem wzniesie i zapadlisk, ponieważ tam gdzie kiedyś występowały wzniesienia, dziś obserwuje się rozległą kotlinę otoczoną ze wszystkich stron odpornymi wzniesieniami. Jest to tak zwana inwersja rzeźby terenu. Sama Kotlina Żywiecka została utworzona w miejscach mało odpornych utworów płaszczowiny podśląskiej oraz cieszyńskiej, które są podatne na procesy erozji i denudacji. Z tego względu w obecnej rzeźbie terenu widoczna jest wyrównana powierzchnia wierzchowinowa, które ścina warstwy o różnym wieku i różnej odporności.
Gdy skończyło się fałdowanie Karpat, nastąpiło niszczenie i wyrównywanie fałdów w obrębie płaszczowin. Następnie nastąpiło ponowne wypiętrzanie. W miejscach gdzie na powierzchnię „wyszły” skały mało odporne powstały z czasem szerokie obniżenia w postaci kotlin.