A Mátra kialakulása több vulkáni fázis következménye, mely hosszú szünetekkel több millió éven át tartott. Ennek eredményeként alakult ki hazánk egyik legszebb sztratovulkáni (rétegvulkáni) képződménye.
Az első fázis vulkáni tevékenységei a harmadidőszak elejéhez (eocén) kötöttek, és a hegység északi peremén vannak a maradványai. Ebből a korból valók a Recsk ásványkincsei a réz, ólom, ezüst és az arany.
A fő tömege a második fázisban, a miocénben jött létre. A tűzhányó mérete 25 km széles és 2000-2500 m magas lehetett. A harmadik fázisban lezajló utóvulkáni működés nyomait pedig a hegység nyugati- és az északnyugati peremén lehet észlelni. Ebben a fázisban kezdődött el az ércesedés. Az utóvulkáni tevékenység következtében egy egységes lávatakaró betemette a hegység keleti felében már korábban kialakult vulkáni képződményeket, és meghatározta a jelenlegi formát, melyek a központi Mátrában a Kékes területén figyelhetők meg. A fő vulkáni kúp mellett a harmadik fázisban olyan romvulkánok alakultak ki, melyek maradványai ma meghatározóak a hegység domborzatában (Világos, Tóthegyes, Ágasvár, Muzsla, Sár-hegy). A Mátra déli része egyre mélyebbre süllyedt, melyet elboríttot a tenger. Ennek eredményeként képződött az a kb. 300-800 m-es pannon üledék, mely a hegység déli lábánál figyelhető meg. Az északi része ezzel egyidőben fokozatosan kiemelkedett, felszíne pusztult. A szerkezeti mozgások következtében kialakuló fiatal rögök a központi Mátra jellegzetes részei (Mátraháza, Galyatető, Kékes). A Mátra kialakulása óta szinte állandóan pusztul, de nagyon különböző mértékben, a felszínét uraló 700-800 m magasságát néhol megtöri egy-egy 850-1000 m-es pont.
A felszínfejlődés szempontjából jelentős a jelenlegi formák kialakulásánál a völgyképződés, mely a gazdagon tagolt domborzat kialakulását eredményezte. Végezetül a jégkorszak felszínformáló tevékenységének köszönheti a hegység jelenlegi formáját.