最早的石林要追朔到2.7亿年以前，那时候石林所在的滇东一带都是沉在海中，当时气候温暖潮湿，海洋中的生物快速生长且种类繁多，这些生物死后其骨骼与泥沙沉积为巨厚的石灰岩。由于地壳运动，这里被抬升，海退成陆。

后来爆发了火山喷发，炽热的岩浆掩埋和烘烤着早期形成的石芽、石柱。岩浆冷却后形成玄武岩，厚度可达4-5百米，它们覆盖在石林之上。到了大约5千万年前，随着玄武岩的风化剥蚀，石林地区又沦陷为大型的内陆山间湖泊。可以说如果没有这两次水与火的覆盖，早期形成的石林和最初的石灰岩都已不复存在。

到了二千三百万年前，在南部的大叠水一带出现了地貌裂点，湖水泄出，古湖消亡，曾被玄武岩和湖泊沉积物覆盖的石林重见天日。形成于海水，考验于烈火，这就是眼前石林所经历的沧海桑田的地质演变。