Watu Kelir menjadi bukti bahwa pada sekitar 80 juta tahun silam, kawasan tersebut merupakan lantai dasar samudera purba. Karangsambung merupakan tempat bertemunya Lempeng Samudera Hindia-Australia dan Lempeng Benua Eurasia. Ini membuat batuan di tempat ini beraneka ragam dan bercampur aduk disebut melange.