La sierra de Atapuerca pertenece a la cordillera Ibérica y tiene una clara relación con los Montes de Oca. Está formada principalmente por roca caliza, se formó hace unos 90 millones de años en el fondo del mar durante la Era Secundaria o Mesozoico, concretamente en el Periodo Cretácico, está rodeada por rocas más modernas formadas durante el Terciario

Aparece como una elevación aislada, en una situación estratégica. Cuando los primeros homínidos llegados a la península Ibérica decidieron moverse entre las dos cuencas fluviales a través del corredor de La Bureba, la sierra de Atapuerca debió de representar para ellos una verdadera atalaya y observatorio de los terrenos de caza circundantes.

El Hombre llegó a Europa en el Pleistoceno, se instaló en esta sierra, famosa en todo el mundo por sus fósiles humanos, que proceden sobre todo de los yacimientos de la Gran Dolina y de la Sima de los Huesos.

Está llena de cavidades que comenzaron a formarse durante el Mioceno, hace entre siete y cinco millones de años.

La roca caliza se disuelve por la acción del ácido carbónico, que se forma cuando reaccionan el agua y el CO₂. El ácido carbónico reacciona con el carbonato cálcico de la roca y se forma bicarbonato cálcico, que es soluble en agua. Este tipo de erosión da lugar a un tipo de formación geológica que recibe el nombre de karst. Las arcillas, limos y arenas quedan liberados y son arrastrados por el agua.

Si el agua que se mueve por el interior del karst no tiene suficiente energía para arrastrar los sedimentos, estos pueden depositarse en las cavidades. Si las cuevas acaban por abrirse al exterior también se depositarán en ellas los restos orgánicos de los seres vivos (huesos, cornamentas, polen, excrementos, huellas, etc.) Así, con el paso del tiempo, en una cavidad puede llegar a formarse un verdadero yacimiento de fósiles. Cuando en una cavidad quedan enterrados los restos de las actividades de los homínidos o sus propios restos esqueléticos, se forman yacimientos arqueológicos.

El hallazgo más importante es el de los restos humanos. Los hay en varios yacimientos, algo que no suele ser habitual. Entre ellos se han encontrado los restos del antepasado más antiguo de Europa, el Homo antecessor, última especie común entre los neandertales, los Homo sapiens, y los del pre-neandertal Homo heidelbergensis

En el Pleistoceno se produjeron grandes avances del hielo en el Hemisferio Norte, o glaciaciones, sobre todo en el último millón de años, en el que se registraron diez grandes enfriamientos. La última glaciación se dejó notar en los ecosistemas y en la vida humana. En la sierra de la Demanda quedan manifestaciones de los glaciares que ocupaban los recuencos de sus cumbres al final del Pleistoceno. No eran grandes ríos de hielo, como las largas lenguas que se ven en los Alpes o en otras gigantescas cadenas montañosas, sino glaciares de circo, semejantes a los últimos que quedan en los Pirineos. De todos modos son testigos de que el frío también llegó hasta las inmediaciones de Atapuerca.

En la roca de la sierra y sus alrededores, el relieve, la geografía, crea diferentes biotopos. En cada uno de ellos se da una vegetación y fauna diferentes. En el pasado prehistórico también existían muchos biotopos y los cazadores y recolectores encontrarían en esa variedad de paisajes abundantes presas que cazar y muchas plantas que comer.

Un biotopo, es el río, o mejor los ríos que bordean la sierra. El Arlanzón es el principal y el Pico y el Vena le rinden sus aguas. Tiene el Arlanzón buen caudal en Ibeas de Juarros y en sus avenidas, cuando se desborda, deposita abundantes cantos. Sobre ellos crecen las plantas del soto y los árboles de la ribera, que forman un bosque de galería. Hay juncos, carrizos, espadañas, sauces, álamos, fresnos y olmos. Conviven cangrejos, truchas y nutrias en sus aguas, que sobrevuela el martín pescador.

Sabemos por los fósiles de los yacimientos de las grutas de Atapuerca que en el pasado, hasta hace bien poco, hubo castores; se han encontrado sus restos entre materiales de la Edad del Bronce en el Portalón de la Cueva Mayor. Pero hace cientos de miles de años también había hipopótamos, aunque parezca increíble.

Sobre los cantos rodados de las antiguas avenidas del Arlanzón, hoy bastante por encima de su cauce, crecían los bosques de robles melojos o rebollos. Más arriba del pueblo de Ibeas de Juarros, camino de los yacimientos, hay una dehesa llamada los Corrales, con ejemplares muy añados y corpulentos.
Las margas y las terrazas fluviales están cultivadas desde época muy antigua, desde que llegaron los primeros agricultores neolíticos. En las cebadas y trigos se ven y se escuchan codornices y perdices, y a ras de las mieses se deslizan silenciosos y cautos los aguiluchos, mientras hacen quiebros las liebres. En otro tiempo pastaron las dehesas y praderas los mamuts, los rinocerontes, los caballos, los uros, los bisontes y diferentes tipos de ciervos. Sus enemigos eran los osos, los lobos, sus parientes los cuones, los linces, los tigres de dientes de sable y los jaguares, a los que sustituyeron en su día los leones y leopardos; y por supuesto, también temerían, y mucho, a los grupos de merodeadores humanos de las diferentes especies (cuatro al menos) que ha conocido la sierra de Atapuerca desde que llegaron los primeros pobladores hasta hoy

Cuón

Tigre dientes de sable

Mamut

La sierra de Atapuerca está cubierta de encinas y de quejigos en las umbrías de las vaguadas; el matorral más visible es la aulaga, que se cuaja de flores amarillas en primavera. Es el reino del corzo, del jabalí, del zorro, la garduña y el gato montés. Ya no se ven cabras en el roquedo, pero las hubo.

Todo este conjunto es patrimonio natural, histórico y científico