Kawasan Situs Sangiran menyimpan banyak sekali misteri yang harus diungkap, dibalik kondisi yang gersang dan panas menyimpan suatu cerita kehidupan yang sangat menakjubkan. Dan singkapan dari berbagai masa yang telah berlangsung hingga saat ini masih dapat kita jumpai di beberapa tempat di Kawasan Sangiran. Singkapan dari 2 juta tahun yang lalu dapat kita nikmati keindahannya melalui penjelasan kronologi geologinya. Salah satu keistimewaan dari Situs Sangiran yaitu adanya singkapan stratigrafi yang bisa memberikan gambaran secara jelas pada kita untuk mengetahui kehidupan budaya masa lampau yang tersusun rapi di tebing-tebing Sangiran. Dalam kebisuannya wajah Sangiran mampu memberikan suatu kisah kehidupan yang sangat menakjubkan yang pernah tejadi mulai 2 juta tahun lalu.

Berdasarkan hasil penelitian terbentuknya Kubah Sangiran merupakan peristiwa geologis yaitu diawali pada 2,4 juta tahun yang lalu terjadi pengangkatan,gerakan lempeng bumi,letusan gunung berapi dan adanya masa glacial sehingga terjadi penyusutan air laut yang akhirnya membuat wilayah Sangiran terangkat keatas, hal ini dibuktikan dengan endapan yang bisa kita jumpai di sepanjang Sungai Puren yang tersingkap lapisan lempeng biru dari Formasi Kalibeng yang merupakan endapan daerah lingkungan lautan dan hingga sekarang ini banyak sekali dijumpai fosil-fosil moluska laut.

Formasi Kalibeng merupakan lapisan stratigrafi di Situs sangiran yang paling tua, lapisan tanah ini merupakan endapan dari lautan yang hadir pada Akhir Kala Pliosen (kurang lebih 2 juta tahun yang lalu). Lapisan ini di dominasi oleh lempung abu-abu kebiruan (napal) dan lempung lanau, serta satuan pasir lanau dan gamping balanus. Satuan lempung abu-abu kebiruan itulah yang merupakan ciri khas endapan laut (marine) dan banyak terdapat fosil foraminifera (jenis Operculina) dan moluska laut (Turritela, Nassarius, Arca, Choine, Anomia, Turricula, Ostrea, Pleurotama, Murex dan Natica).

Keberadaan pasir lanau dan gamping balanus menandakan endapan dari laut dangkal dan formasi ini tersingkap di wilayah Puren dan Pablengan,dan pada masa ini belum ada kehidupan manusia maupun vertebrata karena lingkungan masih berupa lautan.

Saat laut mulai surut yang diakibatkan oleh proses pengangkatan regional dari kegiatan gunung api, dan juga dari proses glasial terjadi pendangkalan. Daratan yang terbentuk (gunung api dan perbukitan) menjadi luas oleh adanya pelapukan buatan gunung berapi, erosi perbukitan serta sisa-sisa organisme pantai. Vegetasi yang menonjol pada masa ini adanya perkembangan hutan bakau, akibat banyaknya aktivitas vulkanik maka hutan bakau mulai menghilang dan daratan semakin luas (A.M. Semah, 1984).