Pasmo zbudowane jest ze starych, prekambryjskich skał. Część północną tworzą głównie granitognejsy stanowiące fragment kratonu środkowoafrykańskiego, datowane na 2750–2550 mln lat. Część środkowa i południowa składa się ze skał metamorficznych paleoproterozoicznego (2200–2100 mln lat) pasa fałdowego Buganda-Toro. Dominującymi skałami pasa są argility i kwarcyty. Z argilitami związane są złoża miedzi i kobaltu w okolicach Kilembe. Składową pasa fałdowego jest gruba jednostka amfibolitów, które budują m.in. najwyższe szczyty Góry Stanleya. Południowe i południowo-zachodnie części Ruwenzori utworzone są z gnejsów, które mogą być wieku mezoproterozoicznego.
Na wschód od Ruwenzori znajdują się cztery pola kraterów wulkanicznych, będące jedynym wyrazem niedawnej (do około 4000 lat temu) aktywności wulkanicznej w północnej części Wielkiego Rowu Zachodniego. Same góry Ruwenzori, w odróżnieniu od innych wysokich gór wschodniej Afryki jak Kilimandżaro czy Kenia, nie mają pochodzenia wulkanicznego.