El Espacio Natural de Las Médulas se ubica en la fosa tectónica de El Bierzo formada en el Terciario durante la Orogenia Alpina. En esta zona la consecuencia de estos movimientos fueron las irregularidades en el fondo de la cubeta que sufrió alteraciones y dislocaciones que dieron lugar a la aparición de "subunidades" cuyos rasgos propios se acentuarán en el final del Terciario y Cuaternario, al seguir actuando las fracturas en la consolidación de estos depósitos y provocando una reorganización en gradería de los mismos. Entre estas pequeñas subunidades se encuentra la subfosa de Las Médulas, individualizada del resto de la depresión berciana por unas líneas de falla, constituyéndose en una amplia mancha sedimentaria debido a los procesos deposicionales, donde sobresalen los sedimentos rojos miocenos, llegándose a acumular entre 100 y 170 metros de sedimentos de aluvión del Mioceno, formado por conglomerados a base de cantos rodados y arenas o arcillas, estos aluviones formaron la explotación de oro más importante de los romanos en el mundo.
Los pueblos astures prerromanos ya habían explotado el yacimiento, bateando los placeres fluviales. Su explotación se inició en el siglo I d.C. inicialmente fue una explotación a cielo abierto, aunque el más usado y que modelo el paisaje es denominado ruina montium, que aprovechaba la fuerza hidráulica para desmenuzar la tierra y dejar el oro al descubierto.Este sistema consistía en la construcción de una red de pozos y galerías sin salida con algunas partes anchas y otras estrechas para conseguir mayor presión. Abrían una compuerta e inundaban todos los túneles con agua produciendo un efecto de compresión de aire que actuaba como explosivo y derrumbaba la montaña y con ella todo el sistema de túneles. Finalmente quitaban las “Murias” también llamadas cantos rodados y mediante unos canales de lavado, las “Agogas”, filtraban las partículas de oro utilizando las hojas de brezo o retama. De los filtros se retiraban las piedras que se acumulaban en lugares próximos y las retamas y brezos se quemaban, luego se extendian las cenizas y se lavaban para buscar los trozos mayores de oro, para el oro en polvo se mezclaba la ceniza con mercurio, formándose amalgama de oro, luego se calentaba a unos 300º C, temperatura a la que el mercurio se evaporaba, recogiéndose para volver a ser utilizado y lo que quedaba en el fondo era el oro. Esto dio lugar a la formación de lagos artificiales como el de Somido o el de Carucedo. Para su explotación se llegaban a usar unos 10 millones de metros cúbicos de agua al año, que por los canales llegaban a los depósitos, que almacenaban unos 60.000 metros cúbicos.
Durante losdos siglos que duró la explotación minera, la superficie modificada debido a la actividad de las minas es de 1.228 hectáreas, desglosados de esta manera: 452 hectáreas de desmontes mineros en tres sectores excavados, 584 hectáreas de estériles acumulados en seis sectores que rellenan antiguos valles y 102 hectáreas correspondientes al lago originado (el lago de Carucedo) y a las zonas sedimentadas aguas arriba de él. Antes de la explotación romana. Se removieron 500 millones de m³ de tierra durante dos siglos y medio, fue una de las mayores y más importantes minas de este estilo del Imperio romano y representaba el 20 % del ingreso de este metal. El oro extraído se enviaba a Astorga, desde donde se transportaba hacia el sur a través de la Vía de la Plata, por Mérida, Sevilla y Cádiz, para ser embarcado hasta Roma. Se estima que el mayor apogeo de la explotación fue en la época del emperador Trajano, produciéndose el abandono definitivo a partir del siglo III d.C., posiblemente por el abandono del patrón oro Se calcula que los romanos pudieron extraer aproximadamente 1500 toneladas de oro, 6 por año, que principalmente usaban para el acuñamiento del Áureo, la moneda de oro del Imperio. Lo que permitió configurar su relieve de cárcavas de arcilla roja, torres y galerías subterráneas, rodeadas de castaños componen este paisaje cultural. Picos de más de 100 metros de altura conducen al centro del yacimiento aurífero, la Cueva Encantada y la Cuevona.
Los canales romanos de Las Médulas fueron la red de abastecimiento hidráulico del mayor complejo minero de la Antigüedad. Los canales romanos de Las Médulas presentan características muy homogéneas en cuanto a su diseño y dimensiones constructivas. Así, la anchura de caja oscila entre 1,20 y 1,30 m en la mayor parte de su trazado, si bien puede variar entre 1,20 y 1,60 m en distintos tramos de un mismo canal. La forma del canal se conseguía mediante el cajeado de la roca y el sustrato, así como mediante la construcción de paredes de mampostería, cuyo uso era generalizado en el flanco exterior de la conducción, el que cuelga sobre la ladera. Una de las características que más llama la atención en las observaciones de campo es la suave pendiente del trazado de los canales (por lo general entre el 0.2 y el 0.3 % (± 0.05%). La red hidráulica de Las Médulas llegó a sumar más de 600 km de longitud repartidos en 9 canales principales, de las cuales 3 discurrían por la vertiente septentrional, la que mira a la depresión del Bierzo. El resto, 6 canales principales y 2 auxiliares, surcaban las laderas meridionales de la sierra, las que vierten al valle del río Cabrera.
El pueblo
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