Die Kleinstadt Kitzbühel liegt in den Kitzbüheler Alpen. Diese Gebirgsgruppe gehört zu den Ostalpen und ist Teil der westlichen Schieferzone, der sogenannten Grauwackenzone.

Die Grauwackenzone liegt zwischen den Zentralalpen und den Nördlichen Kalkalpen. Sie besteht aus überwiegend dunklen Gesteinen und wurde einer zweifachen Faltung unterworfen: das erste Mal bei der variszischen Gebirgsbildung und das zweite Mal bei der Alpenentstehung.

Laut Eduard Suess (1888) ist diese Phase (die variszische, variscische oder variskische Orogenese) der Gebirgsbildung (Orogenese) im mittleren Paläozoikum (Erdaltertum) anzusiedeln und wurde durch die Kollision von Gondwana und Laurussia und mehrerer von Gondwana abstammender Mikroplatten (Terranes) verursacht. Mit dieser Kollision ging vermutlich die Subduktion ganzer Ozeanbecken einher.

Im heutigen Tirol zieht sich die Grauwackenzone als schmaler Streifen paläozoischer Gesteine vom Arlberg durch das Obere Inntal und verbreitert sich dann im Bereich der Tuxer– , Kitzbüheler Alpen und der Salzburger Schieferalpen, reicht dann bis an den Dachsteingebirgsstock und läuft im Ennstal (östlich an Tirol angrenzende Bundesländer der Republik Österreich) auf eine geringe Breite zusammen und läuft dann, sich wieder verbreiternd durch das Mürztal, den Semmering bis zu seinen Ausläufern im Wiener Becken.

Vorherrschend sind hier Phyllite, Schiefer, metamorphe Vulkanite, schwach metamorphe Kalksteine (Marmore) und Quarzite die gebirgsbildenden Materialien. Die namensgebende Grauwacke kommt gleichwohl nur untergeordnet vor.

Die Grauwackenzone ist reich an diversen Bodenschätzen wie Eisen, Kupfer, Magnesit, Graphit usw..

Das überwiegend weiche Formgestein bildet in seiner Gebirgsmorphologie vornehmlich rundliche, sanfte Kuppen mit schütterer Bewaldung. Geologisch betrachtet hat sich die Grauwackenzone mit der Auffaltung der Alpen aus dem Meeresboden des Ur-Mittelmeeres Tethys gebildet. Die darauf abgelagerten kalkigen Gebirgsstöcke bilden in Form von Karstplateaus, Wänden oder Stöcken die Kalkalpen.

Die Kitzbüheler Alpen erstrecken sich in Ost-West-Richtung über circa 80 km und weisen eine Breite zwischen 25 und 35 km auf. Im Südwesten liegt als höchster Gipfel das Kreuzjoch (2558 m. ü. M.). Gegen Osten hin beträgt die Gipfelhöhe absenkend zwischen 2300 und 2000 m.

Im Westteil der Kitzbüheler Alpen verlaufen die meisten Täler in Nord-Süd-Richtung, während im Ostteil der Tälerverlauf von der Ost-West-Richtung gekennzeichnet ist. Die markante Längstalfurche des Salzachtales (Bundesland Salzburg, Österreich) mit ihren deutlich ausgebildeten Landformen und Gesteinsgrenzen (mit Bergen über 3000 m im Gebirgszug der Hohen Tauern) ist dafür der alpingeologische Grund.

Petrografisch weniger deutlich zeigt sich die Westgrenze der Kitzbüheler Alpen, da dort der Übergang zu den Innsbrucker Quarzphylliten fließend ist. Im Nordwesten und Norden (Inntal bei Schwaz, Brixental und Steinernes Meer) bilden die Kalk-und Dolomitengesteine der kalkalpen einen augenscheinlichen Unterschied zu den eher weich gefalteten Schiefern der Kitzbüheler Alpen.

Altersmäßig gliedern sich die Kitzbüheler Alpen in zwei Gruppen, deren ältere vermutlich aus dem Ordovizium stammt. So weist etwa der tiefere Komplex der Wildschönauer Schiefer eine geringere Differenzierung ohne Fossilien, aber deutliche vulkanische Einlagerungen auf. Darüber bilden schwach metamorphe Vulkanite aus Quarzporphyren und Tuff eine bis zu 600 m mächtige Schichtung (vornehmlich im Gebiet der Hohen Salve, des Hahnenkamms und am Wildseeloder). Über dem Porphyroid liegen unterschiedliche Schieferschichten aus dem Silur, die sich an der Oberfläche meist tonig-sandig präsentieren. Zudem sind in der Umgebung von Kitzbühel auch silurische Kalkgesteine zu finden und westlich der graue, grobkörnige Schwazer Dolomit, der nach Osten in den Spielberg Dolomit übergeht.

Sämtliche dieser Schichtfolgen der Grauwackenzone wurden wahrscheinlich in der Zeit der Faltung der Alpen aus einem weit im Süden gelegenen Ablagerungsbereich zum Nordrand der Alpen überschoben.