Les Pyrénées sont plus anciennes que les Alpes : les sédiments de leur genèse se déposèrent dans des bassins littoraux au cours du Paléozoïque (ère primaire) et du Mésozoïque (ère secondaire).
Puis, au Crétacé inférieur, sous l'effet d'une ouverture océanique, le golfe de Gascogne se déploya en éventail, serrant l'Espagne contre la France et prenant de grandes couches de ces sédiments en étau : le serrage et le soulèvement de l'écorce terrestre commencèrent par affecter la partie orientale pour s'étendre progressivement à toute la chaîne, surrection et déformation culminant à l'Éocène, au début de l'ère tertiaire.
La partie orientale des Pyrénées est surtout constituée de roches crustales (granites et gneiss), alors que dans la partie occidentale les pics de granite sont flanqués de couches calcaires.
Le caractère massif et peu découpé de la chaîne est dû à cette prépondérance de roches crustales, offrant peu de prise à l'érosion, ainsi qu'au faible développement des glaciers.

Climat et végétation : Les Pyrénées forment une barrière climatique, les versants français recevant d'abondantes précipitations, alors que les versants espagnols sont beaucoup plus arides. Á ce contraste s'ajoute un gradient Ouest-Est, du Pays basque au climat océanique vers les régions orientales sèches.
Ces différences de climat entraînent une stratification de la végétation d'ouest en est : elle est plus développée dans la partie atlantique de la chaîne, où les pentes inférieures sont boisées, alors qu'à l'approche des côtes méditerranéennes, les montagnes sont presque entièrement dénudées.
Au-dessus de 2 000 m, de petits glaciers perdurent dans les Pyrénées centrales. Mais la surface totales de ces glaciers, estimée à moins de 10 km², est en constante diminution. Si rien ne change dans le réchauffement climatique, les glaciers des Pyrénées auront disparu en 2100 !
Les gaves, torrents qui franchissent les à-pic en de spectaculaires cascades, sont caractéristiques des Pyrénées françaises, plus escarpées dans leur ensemble que les Pyrénées espagnoles.

Pins à crochets (Pinus uncinata) en altitude, Hêtres (Fagus sylvatica) et sapins (Abies alba) en moyenne montagne, puis chênes et châtaigniers sur les basses pentes constituent les principales essences, l'agriculture étant limitée dans les vallées aux céréales et aux arbres fruitiers.

La faune et la flore de la partie centrale des Pyrénées sont protégées par le Parc national des Pyrénées versant français et par deux Parcs Nationaux : "Encantats" et d'"Ordessa y Monte Perdido" versant espagnol.

Voici quelques espèces endémiques des Pyrénées : le bouquetin des Pyrénées (ibex) (Capra pyrenaica ssp. pyrenaica), disparue depuis 2001, le desman ou rat-taupe (Galemys pyrenaicus), mammifère aquatique dont l'aire de répartition s'étend aux deux versants des Pyrénées et aux massifs montagneux du nord-ouest de la Péninsule ibérique et l'euprocte des Pyrénées (Eurpoctus asper), batracien urodèle des cours d'eau d'altitude.