Da un punto di vista geomorfologico la regione è caratterizzata da elementi strutturali ben definiti : da un lato i sedimenti di origine marina del basamento calcareo dei Monti Prenestini ( i cui affioramenti sono riferibili ad un ambiente di piattaforma, in mare poco profondo protetto dal moto ondoso, simile a quello attuale delle Bahamas), dall'altro i prodotti più recenti dell'attività del Vulcano Laziale.
L'intero comprensorio ricade in un'area particolarmente tettonizzata, interessata da più sistemi di faglie, situata al limite tra la facies umbro-marchigiana (facies batiale) e quella abruzzese (facies neritica), dove si riscontra una successione carbonatica della potenza di 3.000- 4.000 m. prevalentemente dolomitica alla base e calcarea alla sommità. Il substrato sedimentario è costituito da unità mesozoiche che, dal Miocene medio in poi , sono state interessate da intensi fenomeni prima di tipo compressivo e poi di tipo distensivo.
In seguito a ciò, circa due milioni di anni fa, vi fu un abbassamento relativo dell'area e si formò una depressione che venne invasa dalle acque plioceniche, calabriane e siciliane. Nelle migliaia di anni a seguire, potenti coltri di argille colmarono gran parte dei dislivelli esistenti, ma contemporaneamente e successivamente al deposito di materiale continuarono i movimenti tettonici. L'esistenza di fratture come linee di minore resistenza, permise alla massa magmatica sottostante di sollevarsi fino a raggiungere la superficie.
Nella regione Albana l'intimo contatto tra le rocce carbonatiche ed il magma determinò in questo l'assimilazione massima dei calcarei e delle dolomie, finchè assunse una composizione leucitica. Si instaurò un meccanismo di tipo basico, prevalentemente esplosivo , i cui prodotti arrivarono tanto lontano da lambire i Monti Prenestini, deviare ad ovest il corso del fiume Tevere e far avanzare verso sud-ovest la linea di costa. In un'età valutabile tra 700.000 e 500.000 anni fa l'insieme dei fenomeni dette origine a molteplici imbuti di esplosione, ma mentre in alcuni casi il vulcanismo si esaurì in un singolo episodio, nella parte centrale si susseguirono numerose fasi, sia esplosive che effusive, collegabili alla formazione di uno strato vulcanico che ha distribuito prodotti in anelli concentrici.
Tra 500.000 e 360.000 anni fa le enormi emissioni di lava e piroclastici costruirono il grande edificio Tuscolano-Artemisio, alto più di 2.000 m. Fuoriuscì tanto materiale che allo svuotamento del condotto vulcanico seguì il crollo delle pareti interne e si formò una grande caldera del diametro di circa 10 Km.
L'orlo di questa è tutt'oggi ben individuabile nei rilievi del recinto esterno, o Tuscolano-Artemisio, comprendenti i monti Tuscolo (m 670) ed Artemisio (m 931) che rappresentano quanto rimane del cono originario. Dopo un periodo di quiescenza, tra 270.000 e 180.000 anni fa, all'interno della caldera iniziò un altro ciclo di attività : la massa magmatica, sotto l'azione dei gas nel frattempo accumulatisi, si spinse verso l'alto aprendo un nuovo condotto e costruendo un altro edificio , detto delle Faete, interno al precedente.
Contemporaneamente nell'atrio della Molara, depressione compresa tra il vecchio ed il nuovo apparato, a seguito di fenomeni esplosivi si formarono numerosi coni di scorie tra cui, attualmente, il più evidente è Monte Fiore ( m.723). Svuotatosi ancora una volta del materiale interno, anche l'edificio delle Faete crollò , lasciando una caldera di circa 2 Km di diametro. Il fondo, rappresentato dai Campi d'Annibale, è orlato dai rilievi del recinto interno (o delle Faete), interrotti dai coni di Colle Iano (m. 938) e Monte Cavo (m. 949).
Dall'altro dei Campi d'Annibale è in seguito scaturito il piccolo cono di Monte Vescovo (m.822). Negli ultimi centomila anni, dall'incontro incandescente e l'acqua presente in falda nelle rocce intensamente fratturate, si è accumulato tanto vapore sotto pressione da provocare esplosioni potentissime che hanno demolito il lato S-SO del recinto esterno. Quest'ultima fase, idromagmatica, ha portato alla formazione di ampie caldere alcune delle quali sono attualmente occupate dai laghi di Nemi e Albano.
Nuovi dati, come la scoperta di Nemi di espandimenti idromagmatici risalenti addirittura a 7.000 anni, riaprono la discussione sulla storia recente del vulcanismo dei Colli Albani che si credeva concluso 67.000 anni fa. Altre manifestazioni sono riportate da autori classici quali Virgilio (Eneide, libro VIII), Tito Livio (Ab Urbe condita libri, libro I ), Ovidio (Fasti, libro I) e Plutarco (Vite Parallele XII).
A proposito di fenomenologie tardo vulcaniche si segnalano ancora l'emissione di acido solfidrico dal cratere di Ariccia nel 1754, la formazione di un laghetto solforoso in località La Faiola nel 1806, i getti di vapore presso il cono di scorie di Montecompatri nel 1809, le improvvise oscillazioni dei bacini lacustri albani nel 1829, nonché le manifestazioni idrotermali e le numerose sorgenti di acque mineralizzate disseminate nell'area.
Infine, vari settori del complesso vulcanico sono tuttora interessati da una continua attività sismica e da bradisismo che, nell'ultimo secolo, ha portato ad un innalzamento medio della regione di alcuni centimetri.
