Геологический состав Казантипа уникален тем, что он представляет собой палеориф, сложенный мшанково-водорослевыми известняками. 3 Это самое крупное мшанково-водорослевое рифовое сооружение на побережье Азовского моря. 3

В основании полуострова лежат мощные (4–5 км) олигоцен-нижнемиоценовые глины майкопской серии, перекрытые среднемиоценовыми глинами с прослоями алевролитов, песчаников, мергелей и известняков в средней части. 1 Эти породы на поверхности не обнажаются. 1

Поверхность Казантипа слагают морские отложения сарматского и мэотического ярусов верхнего миоцена (0,3–0,5 км). 1 Первые представлены толщей сланцеватых загипсованных глин с тонкими и редкими прослоями мергелей, известняков, песчаников и конгломератов, а вторые — мощным слоем мшанковых известняков, отчасти известняками-ракушечниками, мергелями и глинами. 1 Сарматские глины слагают внутреннюю котловину, а мэотические известняки — внешнюю гряду Казантипа. 1