Taillé dans le calcaire urgonien, le massif de Chartreuse dispose d’un sous-sol dont les cavités et galeries forment un ensemble de réseaux souterrains karstiques qui totalisent à ce jour plus de 300 km. Le réseau de l’Alpe s’inscrit au 2ème rang national et au 23ème rang mondial en linéaire développé. C’est dans l’une de ces cavités qu’a été découvert en 1988 l’un des plus vastes gisements d’ossements d’ours des cavernes en Europe comportant des squelettes presque complets. Un musée a été construit à Entremont-le-Vieux afin de faire découvrir au public et aux scolaires cette richesse paléontologique sans équivalent.

En 2015 les restes d’un grand reptile marin datant de la fin du Crétacé (environ – 80 millions d’années) ont été découverts dans le Parc de Chartreuse par un paléontologue amateur qui a aussitôt alerté les services du Parc. Il s’agit de vertèbres appartenant au groupe des mosasaures. En France, les restes de mosasaures sont relativement peu nombreux. Ils ont été découverts en Région Ile de France, Picardie, Bourgogne, Aquitaine, Charentes et Centre.

Dans ce contexte, la découverte de restes de mosasaures en Chartreuse est donc particulièrement importante puisqu’aucun reste de mosasaure n’a jamais été découvert dans le quart sud-est de la France.

Les dinosaures et les mosasaures se sont éteints vers -65MA, laissant place à l'évolution de nombreuses espèces de mammifères, d'oiseaux ou encore de poissons qui préfigurent notre faune d'aujourd'hui.

Il y a 15.000 ans, la dernière glaciation, nommée « Würm », prend fin. Très vite, les hommes préhistoriques prennent pied dans le massif, d'abord par des camps de chasse saisonniers motivés par l'attrait d'une faune de montagne abondante, en particulier le bouquetin.