Esta história começou há mais de 350 milhões de anos, no fundo do oceano Rheic que separava dois grandes continentes, Euramérica e Gonduana, e onde se depositaram, durante o período Carbónico (360 a 300 milhões de anos), os sedimentos que deram origem aos xistos argilosos e grauvaques, que caracterizam a Zona Sul Portuguesa e afloram na Serra Algarvia. Aí, a deformação, as dobras e as falhas que afetam as rochas metamórficas são os testemunhos das forças tectónicas compressivas associadas à união dos dois supercontinentes e ao consequente fecho do antigo oceano (Ver Geossítio de Pirinéu).

Do desaparecimento deste oceano e da colisão dos dois continentes , formou-se uma grande cadeia montanhosa: a Cadeia Varisca, passando então a existir um único supercontinente que se estendia de polo a polo: a Pangeia.

Foi neste supercontinente que surgiram as primeiras espécies de muitos grupos de animais que se conhecem hoje. Nos lagos e rios existentes na margem oriental da Pangeia, depositaram-se os arenitos e argilitos avermelhados, típicos da Beira-Serra algarvia, conhecidos por “Grés de Silves” (Ver Geossítio Vale Fuseiros), sedimentos resultantes da erosão gradual que arrasou a Cadeia montanhosa Varisca, principalmente durante os períodos do Pérmico (300 a 252 milhões de anos) e do Triássico (252 a 200 milhões de anos).

Nestas rochas sedimentares, encontram-se os restos da espécie singular que dá nome a este geoparque, o Metoposaurus algarvensis, que, com cerca de 227 milhões de anos, só foi descrito até ao momento nesta região do mundo (Ver Geossítio da Penina). Nestas formações, existem igualmente outros fósseis de animais do período Triássico, como fitossauros e placodontes. 

Ainda no período do Triássico, iniciou-se a abertura do Oceano Atlântico com a fragmentação da Pangeia que levou ao afastamento de massas continentais que formavam este supercontinente e que deram origem aos continentes e à configuração global atual.

Toda esta dinâmica, não obstante a lenta evolução de uma nova bacia oceânica, até aos 145 milhões de anos, levou à acumulação em meio marinho de materiais evaporíticos (gesso e sal-gema) (Ver Geossítio da Mina de Sal-Gema), à instalação de vulcões (Ver Geossítio da Torre) e por fim, à formação de sedimentos carbonatados (Ver Geossítio da Rocha da Pena), principalmente durante o período Jurássico.

As rochas geradas no oceano Jurássico, são o principal suporte físico da unidade fisiográfica do Barrocal, na designada Bacia do Algarve.

No final do Jurássico Médio (166 a 157 milhões de anos), a Bacia do Algarve sofreu eventos geodinâmicos importantes que levaram a uma descida do nível do mar e a uma erosão marcada, ligada a movimentos verticais crustais, e assim transformaram a sua fisiografia. Desenvolveu-se então um golfo marinho pouco profundo numa região correspondente atualmente à zona do Escarpão em Albufeira, prolongando-se por Loulé até S. Brás e Tavira. Os sedimentos nele depositados contêm fauna abundante de amonites das zonas Bimammatum e Planula. As dimensões desse golfo reduziram-se sucessivamente e, em águas tropicais cada vez menos profundas, depositaram-se calcários com nódulos de silex e grandes extensões de bioconstruções, como corais, esponjas, ou estromatoporóides (Ver Geossítio do Escarpão).

A evolução da bacia do Algarve seguiu o seu curso ocorrendo na primeira metade do período Cretácico (145 a 95 milhões de anos) a sedimentação principalmente detrítica de natureza fluvial e lacustre, até que, há cerca de 95 milhões de anos, as forças tectónicas compressivas entre os continentes Eurasiático e Africano resultaram no soerguimento de toda a região algarvia (Ver Geossítio da Falha  S. Marcos).

Somente na época Miocénico (23 a 5 milhões de anos) terão ocorrido novas transgressões marinhas que possibilitaram a deposição de rochas com fósseis que indicam ambientes litorais e marinhos de águas bem mais quentes que as atuais.

Posteriormente, a partir da época Pliocénico, há cerca de 5 milhões de anos, o território, que se tornou novamente continental, terá começado a ser esculpido pela ação da água, do vento e dos organismos, ao longo deste últimos milhões de anos, dando origem aos profundos vales da Serra, às magníficas paisagens cársicas do Barrocal (Ver Geossítio da Varejota) e ao complexo sistema do aquífero Querença-Silves (Ver Geossítio da Fonte Benémola).