Der Kerenzerbergtunnel kommt in zwei unterschiedlichen geologischen Formationen, sogenannten «helvetischen Decken», zu liegen. Der Mürtschen-Decke im westlichen Abschnitt sowie der Glarner-Decke im Osten. Die gesamte Strecke des Sicherheitsstollens kann in vier geologische Hauptabschnitte unterteilt werden. Diese weisen zum Teil sehr unterschiedliche Gesteinseigenschaften und damit auch spezifische Besonderheiten auf, welche wiederum für die Planung und die Bauweise ausschlaggebend sind.

Für den Bau des Sicherheitsstollens stellen geologische Störzonen, wie zum Beispiel die in der Region häufig auftretenden Verkarstungen bzw. Karsthöhlen, also teils mit Wasser gefüllte Hohlräume, besondere Herausforderungen dar. Mit vorauseilenden Bohrungen können diese Störzonen lokalisiert werden, um frühzeitig die notwendigen Massnahmen in die Wege leiten zu können.