Os Penedos de Góis são dominados por xistos, formados a partir de sedimentos que se começaram a depositar no período Ordovícico, há 460 milhões de anos, numa zona que era na altura um mar com pouca profundidade.

Com a movimentação das placas tectónicas, e a altas pressões e temperaturas durante milhões de anos, estes sedimentos foram movimentados e alterados, dando origem a dobras e ao xisto que encontramos hoje.

O estudo das dobras tem vindo a assumir grande relevância para os geólogos por permitir desvendar a história geológica de uma região. Ao redor da Pena, é possível  apreciar várias dobras de uma beleza extraordinária, em plena zona dos Penedos de Góis

Nas rochas que vemos hoje, encontramos vestígios (chamados icnofósseis) deixados nas rochas pela deslocação de trilobites (um animal dominante nos mares da época) no fundo marinho.

Os primeiros fósseis encontrados nos Penedos de Góis
foram descritos em 1884 por Nery Delgado, tendo sido interpretados na altura como moldes internos de algas.
Foram precisos muitos anos para se chegar ao esclarecimento do problema, não restando presentemente quaisquer dúvidas de que se trata de rastos de trilobites deixados nas rochas quartzíticas do período Silúrico.
Alguns dos fósseis recolhidos nos Penedos de Góis por Delgado podem hoje ser encontrados no Museu Geológico de Lisboa, no Museu Nacional de História Natural e da Ciência e no Museu da Ciência
da Universidade de Coimbra.