Pegunungan ini memiliki bentang alam kawasan [[karst]] yang sangat unik, hal tersebut dicirikan dengan adanya fenomena di permukaan (eksokarst) dan bawah permukaan (endokarst). Fenomena permukaan meliputi bentukan positif, seperti perbukitan karst yang jumlahnya ± [[40.000]][[bukit]] yang berbentuk [[kerucut]]. Bentukan negatifnya berupa lembah-lembah [[karst]] dan telaga karst.
Fenomena bawah permukaan meliputi [[gua|goa-goa]] karst yang berjumlah tidak kurang dari 119 goa yang memiliki [[stalaktit]] dan [[stalakmit]], dan semua aliran [[sungai bawah tanah]]. Karena keunikan [[ekosistem]]nya, maka tahun [[1993]][[International Union of Speleology]] mengusulkan agar Kawasan Karst Pegunungan Sewu masuk ke dalam salah satu warisan alam dunia.{{fact|https://infogunungkidul.com/balai-arkeologi-telusuri-jejak-manusia-purba-di-kali-oya-ini-hasilnya/=}} Dalam goa-goa tersebut juga ditemukan fosil tulang [[manusia purba]] dari [[Paleolitikum|zaman batu tua]] sekitar 1.8 juta tahun yang lalu beserta alat-alat batu untuk berburu<ref>{{Cite web|url=https://infogunungkidul.com/balai-arkeologi-telusuri-jejak-manusia-purba-di-kali-oya-ini-hasilnya/|title=Balai Arkeologi Telusuri Jejak Manusia Purba di Kali Oya, Ini Hasilnya – Infogunungkidul.com|website=infogunungkidul.com|language=id-ID|access-date=2017-05-21}}</ref>.
Dalam goa-goa tersebut juga ditemukan fosil tulang dari sekitar 1.8 juta tahun yang lalu beserta alat-alat batu untuk berburu.
