Thuộc địa hình Caxtơ nửa che phủ, Cúc Phương có nhiều hang động đẹp với những cái tên gợi cảm như: động Sơn cung, động Phò mã giáng…Đặc biệt có một số hang động còn lưu giữ những dấu tích của người tiền sử, sống cáchngày nay từ 7.500 năm đến 12.000 năm, đó là hang Đắng (động người xưa), hang con Moong. Năm 2000 Cúc Phương đã phát hiện một hoá thạch của loài động vật có xương sống, theo kết luận ban đầu của Viện cổ sinh học Việt Nam đây là hoá thạch của loài bò sát răng phiến, sống cách ngày nay chừng 200 đến 230 triệu năm.