Il Parco Naturale Regionale di Bracciano Martignano, compreso nell’ampio sistema vulcanico dei monti Sabatini, si sviluppa sui resti di antichi vulcani, in parte alterati dagli agenti atmosferici o dall’azione dell’uomo, oppure mascherati dal rigoglioso sviluppo della vegetazione che trova qui suoli particolarmente fertili, grazie alla ricchezza in minerali, dovuta proprio all’origine vulcanica della terra.

Tutto iniziò circa 10 milioni di anni fa. L’area che correva parallela alla costa tirrenica, dall’attuale Toscana al Lazio fino alla Campania, è stata sottoposta ad una intensa attività tettonica distensiva, cioè di stiramento e assottigliamento della crosta terrestre - tutt’ora in atto - che ha portato, oltre alla nascita del mar Tirreno, anche alla fratturazione della crosta e alla risalita di magma. Per quanto riguarda la nostra regione, tra 4 e 2 milioni di anni fa, un’ampia manifestazione vulcanica diede origine ai complessi vulcanici (vulcanismo acido) dei Cimini e  Tolfetano–Manziate–Cerite. Ancora oggi sono ben riconoscibili i resti degli antichi edifici vulcanici a cupola, domi lavici, su uno dei quali sorge la cittadina di Tolfa. In questo periodo (Plio-Pleistocenico), l’attuale area dei Monti Sabatini era occupata da un,estesa pianura costituita da sedimenti sia marini, emersi in seguito al sollevamento dell’area, che continentali. A partire da 800 mila anni fa, iniziò una nuova fase vulcanica (vulcanismo alcalino-potassico) molto esplosiva che diede origine a tutti i complessi vulcanici del Lazio fino alla Campania (Campi Flegrei e Vesuvio) e alla Basilicata (Monte Vulture). Il più antico complesso vulcanico è quello dei Vulsini (lago di Bolsena), seguito da quello di [dal complesso vulcanico] di Vico (lago di Vico), dei Sabatini con i laghi di Bracciano, Martignano e Monterosi, e quello dei Colli Albani denominato “Vulcano Laziale”, dove i laghi di Albano e Nemi occupano il fondo di due crateri. 
L’inizio dell’attività del Complesso Vulcanico Sabatino, si fa risalire ad oltre 600 mila anni fa. La sua attività iniziata nell’area di Morlupo-Castelnuovo di Porto si è poi spostata verso Ovest - SudOvest. Il centro eruttivo principale è stato il vulcano di Sacrofano, sia per l’enorme quantità di prodotti eruttati che per il suo lungo periodo di attività (da 500 a 320 mila anni fa), quando avvenne il collasso calderico. Oggi l’omonima cittadina sorge sul bordo di quello che resta della sua caldera. La quantità di prodotti eruttati è stata così elevata da portare il Tevere a deviare il proprio corso e a scorrere come lo osserviamo oggi. Scorie, lapilli e ceneri hanno portato alla formazione di grandi spessori di depositi che costituiscono le attuali formazione tufacee. L’altro centro eruttivo molto importante insieme a Sacrofano, è stato quello di Baccano che in seguito a violente esplosioni idromagmatiche ha portato alla formazione della caldera oggi riconosciuta nella Valle di Baccano. 
Durante e successivamente all’attività di Sacrofano si formarono altri centri eruttivi localizzati nei pressi di Trevignano, Vigna di Valle, Bracciano, Martignano, Stracciacappa, Polline, Lagusiello e Monterosi. Diversamente da come spesso si pensa, il lago di Bracciano non rappresenta la caldera di un grande vulcano: la sua origine è il risultato dell’azione di numerose faglie e del crollo della parte sommitale di una grande camera magmatica che alimentava i vari vulcani, avvenuto in seguito al suo svuotamento. Questo evento, che in termini geologici si chiama collasso vulcano-tettonico e che si fa risalire a circa 300mila anni fa, creò un’ampia depressione di origine vulcano-tettonica che oggi ospita il lago di Bracciano. 
Diversa è l’origine per i laghi di Martignano e Monterosi i quali occupano effettivamente il fondo di antichi vulcani. Il lago di Bracciano è alimentato da grosse sorgenti sotterranee e il contributo portato dai piccoli fossi immissari è molto limitato. Ha un emissario, il fiume Arrone, che sfocia nei pressi di Fiumicino.
Il paesaggio del Parco è caratterizzato da alcune emergenze geologiche formate da coni di scorie tra cui monte Rocca Romana di 612m s.l.m., monte Termine, monte Guerrano, monte Rinacceto, monte Raschio, monte Calvi ecc. Tra i piccoli crateri ancora ben identificabili, il più caratteristico è quello di Trevignano Romano in località “Le Pantane”, dove la parte sommitale (San Bernardino) rappresenta il bordo settentrionale di quello che resta del piccolo cratere. La rocca di Trevignano si trova sulla colata lavica che affiora lungo le pareti di questo cratere e che può essere osservata percorrendo il sentiero di San Bernardino (vedi la sezione Visita il Parco/Percorsi e Sentieri). Altri piccoli crateri sono quello di Vigna di Valle (Anguillara Sabazia) di cui rimane solo il bordo meridionale, la conca di Stracciacappa e di Polline visibile percorrendo la SP Settevene Palo da Anguillara S. in direzione Trevignano R.