Los materiales más frecuentes de la sierra son pizarras, esquistos y areniscas del paleozoico, con bandas intercaladas de cuarcita y de caliza grisácea. Las cuarcitas constituyen los relieves que más resaltan en el paisaje. Durante la Orogenia Hercínica se produjeron en esta zona numerosos pliegues tumbados en dirección noroeste. Posteriormente arrasados por la erosión.

Con el rejuvenecimiento causado por la Orogenia Alpina, la mayoría de los bloques se levantaron, y los ríos se encajaron profundamente aprovechando las líneas de falla, de manera que se aprecian desniveles de más de 1000 m entre las cumbres de la sierra y los valles encajados. Los ríos que atraviesan y bordean O Courel (Sil, Lor...) conservan huellas de explotaciones mineras romanas, en las que se recuperaba oro de los aluviones.

O Courel posee además una gran diversidad paisajística, debido a los contrastes climáticos entre el fondo de los valles y sus partes más altas. Cuenta con una espesa vegetación autóctona donde destacan magníficos bosques como las 'devesas'; pobladas de hayas, tejos, acebos, abedules o avellanos y que suelen ocupar las áreas más abruptas; y los 'soutos', bosques de castaños situados en los valles.

La vegetación de la sierra es fruto de su situación geográfica, se encuentra entre el dominio mediterráneo y el eurosiberiano, de ahí que existan numerosas especies vegetales adaptadas a las diferentes condiciones climáticas y topográficas. En el fondo de los valles se haya especies arbóreas adaptadas a la sequedad: encinas, alcornoques, o arbustos como el madroño, jaras o lavanda. El melojo y los brezales crecen a una altitud de hasta 1.000 metros, y por encima, especies eurosiberianas como el carballo, las carbas, las hayas y los abedules que forman densas áreas de bosque.