Le massif de Belledonne est presque entièrement constitué par des roches cristallines (schistes, gneiss et granites), datées d’environ 400 millions d’années, qui appartenaient à une grande chaîne montagneuse très usée et qui ont été soulevées à 3000 mètres d'altitude environ, il y a 30 millions d'années.
Le Grand Pic de Belledonne (2977 m) est à la fois le point culminant du massif et son sommet emblématique. Il est en réalité le plus important d'un groupe de trois sommets alignés, souvent désignés en bloc comme les Trois Pics de Belledonne. Les basses pentes occidentales du massif sont formées par des couches de calcaires argileux, âgées de 215 à 165 millions d'années, qui constituent les collines bordières : une ligne de reliefs culminant entre 1000 et 1200 m qui se distingue bien, par sa végétation plus forestière, du massif cristallin qu'elle flanque et, plus franchement encore, du large couloir formé par la plaine alluviale de l'Isère. Le balcon de Belledonne qui sépare les collines bordières de la chaîne de Belledonne, est un replat jalonné de cols. Sa limite dessine une courbe relativement pure : résultat du rabotage effectué par le passage des glaciers quaternaires.
Cette chaine de montagnes aux sommets cristallins se caractérise par une variété de milieux liés à la diversité géologique. Sans franchissement est-ouest carrossable, Belledonne offre une image de territoire sauvage avec une forte visibilité de son flanc ouest depuis l’agglomération de Grenoble et Chambéry. Créée en 1998, l’association Espace Belledonne, forte de 54 communes des départements de l’Isère et de la Savoie, fédère les acteurs du territoire autour des problématiques montagnardes de développement économique et de préservation des patrimoines. Elle a saisi en 2014 la Région Auvergne-Rhône-Alpes pour s’inscrire dans une démarche de création d’un parc naturel régional. Sur la base d’une réponse favorable, les études sont engagées et une concertation autour de l’écriture de la charte constitutive du futur PNR de Belledonne a été lancée en 2015.