تنقسم منطقة نجران من الناحية الجيولوجية إلى قسمين رئيسين متمايزين هما: الدرع العربي في الغرب، والرف العربي في الشرق. ويتألف الدرع العربي من الصخور النارية والمتحولة، كما يتألف الرف العربي من مجموعة مختلفة من الصخور الرسوبية والتكوينات الجيولوجية المختلفة التي أرسبت على هيئة طبقات رسوبية مائلة ميلاً خفيفًا نحو الشرق والشمال الشرقي؛ ولهذا فإن سماكة الرواسب تزداد تدريجيًا بالاتجاه نفسه.

 

الدرع العربي:

 

الدرع العربي هو الأساس الذي بنيت عليه الطبقات الرسوبية، وهو يتكون بصورة رئيسة من صخور جوفية (بلوتونية) قبل كمبرية ونارية جوفية ومتحولة، إلى جانب بعض هضاب البازلت من الزمن الثالث، وقد استقر هذا الدرع منذ العصر الكمبري  .  وبعد ذلك تكوَّن سهل تحاتي كبير ضم بعض الجبال المنفردة، وأصابت التعرية معظم هذا الدرع منذ الزمن الباليوزوي الوسيط حتى الزمن الثالث الوسيط ليصير كتلة منخفضة التضاريس قريبة من مستوى سطح البحر. وقد تمخض عن تكوُّن البحر الأحمر في الزمن الثالث ارتفاع في الدرع لا يزال مستمرًا، وتأثر بهذه العملية نظام الصرف، فالمصارف العميقة الضيقة التي تتحكم فيها بنية الأرض تتدفق خلال هذه الجروف شديدة الانحدار  ،  والأودية التي تنحدر من الدرع العربي وتجري غربًا قد لا يتعدى طولها 120كم إلى البحر الأحمر، ولكن على العكس منها الأودية التي تجري إلى الشرق والشمال الشرقي فقد يصل مدى مجراها إلى أكثر من 1200كم، ومن أمثلتها: وادي الرُّمَّة، ووَادِي الدَّوَاسِر 

 

ويشغل الدرع العربي الجزء الغربي من منطقة نجران، وقد تعرض - خلال العصور الجيولوجية المختلفة - إلى حركات واضطرابات باطنية، كما تعرض إلى عوامل التعرية المختلفة أيضًا؛ ما أدى إلى تكوّن شكله الحالي، وتغطي الحافة الشرقية منه امتدادات من الرمال، كما يقطعه عدد من الأودية التي تنحدر نحو الأراضي المنخفضة في الشمال والشرق والجنوب، وقد تكونت هذه الأودية خلال الفترات المطيرة التي مرت بها الجزيرة العربية  . 

 

الرف العربي:

 

يقع الرف العربي إلى الشرق من الدرع العربي، ويشكل ثلثي شبه جزيرة العرب على وجه التقريب، فعلى هذه القاعدة شبه السهلية تقع سلسلة من الصخور الرسوبية القارية. ويميل الرف العربي كله ميلاً خفيفًا نحو الأحواض المجاورة. وفي وسط (شبه الجزيرة العربية) نجد طبقات الزمن الأول والزمن الثاني والزمن الثالث المنخفضة، ظاهرةً في شكل حزام منحنٍ عظيم.

 

ويشغل الرف العربي الجزء الشرقي من منطقة نجران، وقد كانت مياه بحر تثس العظيم - فيما قبل الكمبري - تغطي الجزء الشرقي منها. ويتألف الرف العربي الرسوبي من مجموعة مختلفة من التكوينات الجيولوجية التي ترسبت خلال الأزمنة والعصور الجيولوجية المختلفة نتيجة لانحسار مياه البحر، ويزداد سمك هذه التكوينات كلما اتجهنا شرقًا من الدرع العربي نحو الخليج العربي