La región de El Valle (conjunto de las Sierras Ibéricas Septentrionales) corresponde al dominio occidental del conjunto de la Cuenca de Cameros. Esta orla Mesozoica se prolonga hacia el umbral de Ateca donde se conecta con la Rama Ibérica Oriental.
A lo largo de su historia geológica se han ido acumulando en El Valle capas de rocas de origen muy diverso: calizas marinas y lacustres, conglomerados, areniscas, limolitas, etc; la mayor parte de estos sedimentos se encuentran enterrados bajo El Valle o han sido erosionados, y solo son visibles actualmente los sedimentos continentales depositados entre los dos grandes períodos marinos del Jurásico y Cretácico Superior, así como pequeñas muestras del Cuaternario.
Al final de período Jurásico, el mar epicontinental que cubría la provincia de Soria se retira poco a poco hacia el Este hasta desaparecer. El levantamiento de la Meseta y de un Macizo donde se encuentra actualmente el valle del Ebro (Macizo del Ebro) y la apertura de una cuenca subsidente en Los Cameros propició la erosión y deposición de capas de origen continental, que en miles de metros de espesor (se calcula que en algunas zonas alcanzan hasta 9.000 m) cubrieron la cuenca. En nuestra zona las capas visibles pueden agruparse en:
a) En la base, conglomerados poligénicos, arcillas arenitosas y cuarzoarenitas que, por su color dominante rojizo a causa de la existencia de partículas ferrosas, fueron agrupadas bajo el nombre de Grupo de Tera. Su edad, no bien determinada por escasez de microfósiles –principalmente caráceas y ostrácodos y por variar lateralmente, parece ser Kimmeridgiense (Jurásico superior)–Berriasiense basal (Cretácico inferior basal). Su espesor máximo en la zona es de unos 150 metros.
Estas capas no son visibles a causa de los depósitos cuaternarios que las cubren, y ocupan la base del valle y el arranque de las sierras en su parte Norte. En el Sur, sólo existen en su parte más oriental, a causa de una falla cercana a Sotillo (Falla del Arroyo de Rotezar) que impide su aparición hacia el Oeste.
b) En la parte media, dos alternancias de cuarzoarenitas y arcillas arenitosas separadas en algunos casos por episodios calcáreos. Al NO de una línea que une Tabanera con el pantano de La Muedra, solo existen las dos alternancias, la inferior verdosa u oscura y la superior rojiza, mientras que al SE de esta línea, aparecen entre ambas capas calizas con ostrácodos (crustáceos de tamaño milimétrico) y caráceas (plantas talofitas cuyos oogonios se utilizan para dataciones estratigráficas). Corresponden todas ellas a lo que los geólogos alemanes llaman Grupo Oncala y dentro del cual los investigadores más modernos distinguen varias formaciones: Conglomerados silíceos y areniscas del pantano del Duero, Calizas estromatolíticas de Hinojosa y Conglomerados y areniscas silíceas de El Royo.