La xarxa hidrogràfica de la serra és de dimensions reduïdes. Tanmateix, l’ampli recobriment forestal i la impermeabilitat de la roca afavoreixen la retenció de l’aigua en el sòl i l’escolament lent cap a les rieres. Tot plegat fa que hi hagi una important circulació subterrània que aflora en nombroses fonts.

L’aigua es distribueix en tres conques: Llobregat, Besòs o directament al mar. La conca del Llobregat és la més important per extensió. Recull les aigües de la banda occidental de la serra, la zona compresa entre Sant Just Desvern i el Papiol. Hi destaca la riera de Vallvidrera, l’únic curs d’aigua gairebé permanent a la serra.

La conca del Besòs recull l’aigua dels vessants nord i est de la serra. Gairebé tots els torrents conflueixen a la riera de Sant Cugat, que desemboca al riu Ripoll. Només alguns petits torrents de la zona de Montcada i del pla de Barcelona són tributaris pel seu compte del Besòs.

Els corrents d’aigua que recull el vessant barceloní desguassen directament al mar, passant per la xarxa de clavegueram de la ciutat.

La serra de Collserola s’aixeca entre dues conques sedimentàries: la fossa del Vallès i al sud-est i el pla del litoral. Les alçades discretes i les formes suaus ens indiquen l’antiguitat de la serra. És una unitat geològica integrada quasi exclusivament per roques ígnies i metamòrfiques de l’era primària (paleozoic) afectades pels moviments de l’escorça terrestre que coneixem com a orogènia herciniana.

En la primera fase de l’orogènia herciniana es va produir la transformació de les roques lutítiques (originades a partir de fangs sedimentaris) en pissarres i fil•lites, que són les roques més abundants a la serra. També en aquesta fase es van generar la major part dels filons de quars.

Posteriorment, es va produir la intrusió de magma, que va donar lloc a granitoides; l’augment brusc i fort de temperatura i pressió va originar l’alteració i transformació en les roques encaixants, aquest fenomen s’anomena metamorfisme de contacte. Acompanyant la intrusió dels granitoides, es va produir l’emplaçament de dics de pòrfir al llarg de fractures.

Durant l’orogènia alpina, a l’era secundària, tingué lloc l’aixecament de les serralades costaneres. Posteriorment, la serra de Collserola es va configurar com un bloc alçat delimitat per falles normals. El mar va inundar el pla de Barcelona i s’endinsà per la vall del Llobregat. La sedimentació marina d’aquesta etapa va donar lloc a la formació de calcàries d’escull, com les que es troben al Papiol.

Més recentment, durant el quaternari, la serra ha quedat sotmesa a l’acció de l’erosió, i a les zones més deprimides, com ara valls i torrents, s’hi han anat sedimentant contínuament materials detrítics.

Tipus de roques

Les roques canvien contínuament. Tanmateix la lentitud amb què es produeixen els canvis fa que siguin difícils d’apreciar.  Aquestes transformacions les poden emmarcar dins el que s’anomena el cicle geològic,  el qual dóna lloc a la formació dels diversos tipus de roques que observem a Collserola.