Il Santuario di Oropa trova la sua localizzazione in un contesto geomorfologico particolare, al centro di un piccolo ma caratteristico e ben conservato anfiteatro morenico. I materiali glaciali ed i massi erratici ne caratterizzano la conca, anzi proprio attorno al più grande masso è sorta e si è sviluppata la Basilica Antica.
Molto ben conservati sono i cordoni costituenti il fianco destro dell'anfiteatro morenico, sui quali sono state realizzate le cappelle del Sacro Monte.
I depositi della morena sinistra hanno invece sbarrato la valle laterale del torrente Orone creando un lago ora colmato, mentre la morena frontale, che costituiva il colle di San Francesco, venne smantellata nel '700 per ricavare la grande spianata antistante il Santuario (detta Prato delle Oche) e permettere la vista verso la pianura.
In alta valle Oropa trovano importanti motivi di interesse geologi e petrografi di tutto il mondo che qui giungono per approfondire lo studio della storia delle Alpi, poiché in questa zona affiorano, in breve spazio e in condizioni di agevole osservazione, una serie di rocce che hanno innovato l'interpretazione di tutte le catene montuose del mondo.
Dall'inizio del secolo erano ben note le eclogiti del lago del Mucrone, rocce ricche di omfacite e granato che hanno avuto una lunga vicenda geologica e che sono il prodotto del metamorfismo di alta pressione e bassa temperatura che caratterizza le prime fasi della formazione di una nuova catena montuosa.
Una nuova geologia ha avuto inizio negli anni '70 con lo studio del granito metamorfico del versante Est del monte Mucrone, granito che testimonia l'affossamento della crosta continentale in subduzione litosferica sino a 40-45 km di profondità ed il suo successivo ritorno in superficie, in contraddizione con quanto era previsto da uno dei padri della teoria della Tettonica delle Placche Litosferiche, il geofisico americano McKenzie.
L'interesse delle rocce del Mucrone non è legato però solamente alle trasformazioni mineralogiche che hanno subito, ma anche al fatto che esse hanno conservato l'aspetto esterno e la tessitura originaria granitica, nonostante siano state sottoposte ad un pressoché completo metamorfismo interno.
La zona del Mucrone è così diventata una meta classica della geologia alpina in quanto offre la chiave di lettura per comprendere l'origine del complesso dei micascisti eclogitici e la petrologia del metamorfismo di alta pressione nella crosta continentale.
