Rzeźba parku ukształtowała się podczas zlodowacenia środkowopolskiego. Lodowiec zanikał powierzchniowo, nadbudowując wysoczyzny moreną, a w obniżeniach podłoża pozostawały bryły martwego lodu. Wytopienie się największych brył dało początek dzisiejszej dolinie Narwi. O wytopiskowej genezie doliny świadczy obecność na jej zboczach form pochodzenia glacjalnego: kemów, nisz i dolinek wytopiskowych. Zabagnienie doliny nastąpiło po zmianie koryta rzeki z meandrującego na wielokorytowe, które miało miejsce na przełomie okresu atlantyckiego oraz subborealnego (ok. 4500 lat temu).
W dolinie i na obszarze parku dominują gleby bagienne.
Najczęściej spotykane wśród nich są gleby torfowo-bagienne zajmujące zwarte powierzchnie w środkowej części doliny. Mniejsze znaczenie mają gleby torfowe okresowo podsychające i torfowo-mułowe. Gleby torfowo-murszowe w średnim stopniu zmurszenia występują punktowo. Gleby glejowe właściwe, torfiasto-glejowe i mułowo-glejowe spotykane są w południowej części doliny. Zajmują one położenia na pograniczu torfowisk i zboczy doliny.