Массив представляет собой классический карстовый район: имеется более 200 пещер, шахт, полостей. Занимает первое место среди других яйл по плотности расположения карстовых воронок, которых здесь более 1 000[4]. По составу горных пород он делится на два структурных этажа. Верхний сложен известняками, образовавшимися из отложений тёплых морей позднеюрского возраста, и подстилающими их красно-бурыми конгломератами. Мощность этих известняков достигает 1000 метров. Конгломераты в свою очередь лежат на водоупорной толще нижнего этажа — отложениях позднетриасового и раннеюрского возраста. Она известна под именем таврической серии и состоит из ритмично чередующихся зеленоватых и чёрных аргиллитов, алевролитов и песчаников. Эти породы довольно широко распространены по всему южному и юго-западному побережью Крыма.
Люди жили на Чатыр-Даге ещё в эпоху неолита. К тому времени относится стоянка на Барсучьей поляне. В гротах Чатыр-Дага жили скотоводы, охотники (V в до н. э.)
Chatyr-Dag (Crimean Tatar: Çat