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).
En el Geositio, se encuentra aflorando la Formación Ambuquí, la misma que representa a las rocas diferenciadas más antiguas de edad Paleozóica (530 Ma aprox.) del Geoparque Imbabura, por lo que su conservación representa una alta importancia científica. Litológicamente se compone por intercalaciones de filitas grafitosas, esquistos grafitosos y cuarcitas altamente deformadas. Además podemos visualizar con claridad varios minerales como vetillas de cuarzo blanco, muscovita (mica) y clorita.
En el geositio es posible encontrar fósiles bien conservados de hojas y raíces pequeñas, lo que sugiere un ambiente de baja energía como un lago para que se caigan, se entierren y conserven rápidamente.