屋島由於山上呈平緩的屋頂狀而得名，北嶺約282m，南嶺約292m，呈起伏較平緩的臺地狀。這種地形被稱為“mesa（高臺）”，是由於約1400萬年前火山活動噴發出的岩漿流出水面，侵蝕了周圍和上部所形成的。其基盤為花崗岩，中部到上部為凝灰岩堆積而成，最上部則為讚岐岩質安山岩覆蓋著水面。
此外，從南通往屋島寺的朝聖道上，還存在由讚岐岩質安山岩沿水平方向延伸的奇岩“疊石”。厚度2~5cm的板狀安山岩疊加起來的景觀，與mesa地形一起形成了屋島獨特的地理特徵。
1934年，為了保護屋島珍稀的地形，屋島被指定為日本國家天然紀念物。
