A mai Dolomitok helyén egykoron tenger volt, a hajdani sekély tengerben található korallzátonyok voltak a mai hegyek ősei. Az Alpok többi részével együtt körülbelül 65 millió éve kerültek a szárazföldre.
A kiemelkedett Dolomitok vidéke eredetileg hatalmas fennsík lehetett, erre vall a csúcsainak megközelítően azonos, 3000 m körüli magassága is, amelybe a jégkorszakok során keletkezett gleccserek, majd a folyók mély völgyeket hasítottak. A hőmérséklet, a jég és a szél környezetformáló tevékenységének eredményeként alakult ki a hegység mai formája.
A völgyekben gyors sodrású hegyi patakok folynak, helyenként kiszélesedve tavakat alakítva ki. A különleges szirtalakulatok, fűrészfogak, gigászi pillérek, groteszk alakokat formáló sziklák, mély szakadékok változatos képe mellett a Dolomitok egyik fő varázsa a színek játéka, köszönhetően a kőzetanyag magnézium-tartalmának, amely a különböző fényhatásokra különbözőképpen válaszol, így a hegység hol vöröses-barna, hol fehéres-szürke, hol kékes-lila színben tündököl.
Napkeltekor és napnyugtakor élénk rózsaszínbe vagy bíboros lilába burkolóznak a hegycsúcsok. Ez a jelenség az Alpenglüh (olaszul enrosadira), a sziklacsúcsok izzása.
