Machu Picchu
El conjunto del sitio arqueológico ha sido construido sobre el batolito de Vilcabamba, compuesto de rocas intrusivas que datan aproximadamente de unos 250 millones de años, intrusivos Permo-Triásicos principalmente de granito blanco a grisáceo, cortado por algunas vetas de tonalitas y talcesquistos. El macizo granítico se encuentra cortado por una serie de fallas y diaclasas que juegan un papel importante en la conformación actual del relieve y en su evolución. En el Mapa Geológico del Cuadrángulo de Machu Picchu (27-q) del Instituto Geológico Minero y Metalúrgico del Perú se observan dos grandes fallas de rumbo regionales que cortan la zona, llamadas Fallas Huayna Picchu y Machu Picchu, de orientación NE-SO. Estas fallas no han tenido actividad reciente.
Río Urubamba
El Machu Picchu se encuentra en la margen izquierda del río, que casi lo rodea por entero describiendo un cerrado meandro en torno a Huayna Pichu (2.667 m), la montaña donde también hay ruinas, casi 600 m por encima. En seguida el río abandona la zona protegida y alcanza Santa Rosa, donde de nuevo la carretera 28B le acompañara tras un descenso vertiginoso desde el cerro San Cristóbal.