La cuenca de Chota presenta un relleno sedimentario de depósitos continentales que sufrieron deformación compresiva y está documentada por fallas inversas en los bordes de la cuenca, mientras que las fallas normales y plegamientos ocurrieron dentro de la cuenca (Winkler et al, 2005). Después de la construcción de la carretera Panamericana, muchas características como paleocanales, pliegues, fallas y fósiles se hicieron más visibles, y son de interés geológico y turístico para Imbabura.
La geología regional del área del Chota está representada por dos secuencias sedimentarias principales (Winkler et al, 2005) compuestas de sedimentos volcánicos, fluviales, aluviales y lacustres (Pacheco et al., 2014). La primera está representada como Unidad Chota, que comenzó a depositarse alrededor de 6-5 Ma (Mioceno tardío), y donde se han realizado estudios evolutivos sobre el desarrollo de facies aluviales trenzadas a facies lacustres durante un extenso proceso en la cuenca. Y la segunda secuencia que está representada por dos unidades, la Unidad de Santa Rosa y la Unidad de Peñas Coloradas, se refiere a facies ascendentes e interpretadas como depósitos aluviales de abanico (Barragán, R., 1996).
La Unidad Chota fue depositada en un régimen de extensión NW-SE, que fue antecedido (durante la deposición de Peñas Coloradas) y seguido (durante la deposición de Santa Rosa) por la compresión orientada a WNW-ESE (Winkler et al, 2005). La Unidad de Peñas Coloradas está expuesta en la parte oriental de la cuenca del Chota, mide aproximadamente 600 m de espesor, y está formada por seis secuencias que representan porciones del abanico aluvial medio y superior (Barragan et al, 1996).