La grotte s'est formée dans un calcaire bien stratifié et parcouru de nombreuses cassures (diaclases). Les bancs de calcaire sont relativement minces, ils ont rarement plus de 40 cm d'épaisseur, et entre eux se sont déposés des sédiments meubles et composites.
En ces bancs il y a des bons exemples de leur plissement, de petits chevauchements et de petits diaclases C'est ce qui a provoqué la chute de blocs rocheux comme ceux qui couvrent le sol de l'entrée et la rendent peu praticable. En d'autres parties de la grotte, l'infiltration d'argile a entraîné un aplanissement du sol.
Ce mode de formation fait qu'Altxerri diffère de la plupart des autres grottes du Pays basque, qui se sont généralement formées dans le calcaire urgonien compact du Crétacé.
