双塔山的形成源于2亿年前河湖盆地的沉积作用与后期地质运动的共同塑造。这两座由砾岩构成的岩柱，是燕山运动抬升后，经过长期风化、流水溶蚀和重力崩塌等外力作用，最终形成的丹霞地貌奇观。

从地质学角度分析，双塔山的形成经历了三个关键阶段。在侏罗纪时期（约2亿年前），承德地区属于河湖沉积环境，大量砾石和泥沙在盆地中沉积，经过数千万年的胶结作用形成红褐色砾岩层。这一沉积过程为双塔山的物质基础奠定了基础。在燕山运动（约1.5亿年前）的地壳抬升过程中，这些沉积岩层被推出水面，并在构造应力作用下产生大量垂直节理裂隙。这些裂隙成为后期风化侵蚀的薄弱环节。在新生代（约300万年前）的差异风化作用下，流水沿垂直节理持续切割，周边岩体逐渐崩塌，只留下最坚硬的部分形成了如今高达40米的岩柱。这种"强者生存"的地貌演化规律，在丹霞地貌形成过程中具有典型性。

现代地质调查表明，双塔山的砾岩成分以石英岩、花岗岩等坚硬岩石为主，抗风化能力极强。岩柱表面的红褐色源自沉积时期铁离子的氧化作用，这种特征与广东丹霞山、福建武夷山等典型丹霞地貌高度一致。通过对比周边类似地貌（如棒槌山）可以发现，双塔山所在的滦河沿岸存在一条明显的丹霞地貌带，这为研究华北地区古地理环境变迁提供了重要证据。值得注意的是，双塔山顶部砖塔的建造年代（推测为辽代）远晚于山体形成时间，二者属于不同历史时期的人类活动与自然遗产的叠加，这种"天人合一"的景观组合在世界范围内都较为罕见。