Le puy de Sancy est le point culminant du stratovolcan des monts Dore. Sa mise en place s'est faite sur le versant sud de ce massif entre 1 et 0,2 millions d’années, période à l'issue de laquelle il atteignit vraisemblablement l'altitude de 2 500 mètres. Des éboulements massifs se sont produits par la suite puis l'érosion, en particulier glaciaire, a fini de façonner le sommet. Il se présente aujourd'hui sous la forme d'un neck de trachy-andésite claire à gros phénocristaux de sanidine. Cette roche est parfois aussi appelée sancyite par les géologues.

Il reste de cette activité volcanique des sources d'eau chargées en fer et autres minéraux, qui remontent à la surface chargées de gaz, comme la source de la vallée de Chaudefour ou les sources thermales du Mont-Dore et de La Bourboule.