Масивът е изграден предимно от [[магмени скали|магмени]] и [[метаморфни скали]]. Еволюцията му се характеризира със сложна навлачнатнавлачна тектоника, съпоставила скали с различна възраст на протолитите и характер на метаморфизма. За образуването му съществено значение имата затварянето и субдукцията на океана Мелиата и на Вардарския океан. Сложната тектонска история на орогена е съпроводена с няколко етапа на високостепеннен метаморфизъм. В Рило-Родопския масив, както на българска, така и на грицкагръцка територия, са намерени скали, които съдържа микро-диаманти, образувани при ултрависокобарични условия. След навличанията, средно-късно палеогенската тектоника на масива се контролира от полегати разседи, по които удебелената замназемна кора се "разтоварва". По този начин в лежащите крила на разломите на повърхността се разкриват най-дълбоките части на орогена - метаморфните ядрени комплекси, а във висящите крила се формират понижения, запълнени със седиментни и вулканогенно-седиментни скални комплекси. Късните етапи от развитието на орогена са съпроводени и от интензивен магматизъм (внедрени са гранитите на Рило-Родопския батолит, Долнодряновски, Барутин-Буйновски, Смилянски плутон, Пиринските гранити и множество по-малки интрузивни магмени тела).
Характерни форми на релефа на Рило-Родопският масив са денудационните заравнености, земните пирамиди, карстовите и глациалните форми. Поделя се на няколко основни подобласти:
