Gli storici e geologi ritengono che il gruppo dei Monti Pisani sia una delle formazioni montuose più antiche d’Italia. Gli indizi più remoti di ciò sono “gli Scisti di S. Lorenzo”, (di età permo-carbonifera, circa 280 milioni di anni) che si trovano sul monte Cotrozzi, formatisi durante l’era geologica detta Paleozoico o primario (tipologia di roccie affioranti anche nel nucleo delle Alpi Apuane).

In particolare negli scisti di S. Lorenzo è stata rinvenuta una ricca flora fossile. Il tipo di vegetazione, la quantità e il livello del suo sviluppo fanno pensare ad un clima decisamente tropicale, caldo umido, che favorì lo sviluppo di rigogliose foreste con flore prevalentemente palustri (Licopodiali ed Equisetali) in ambienti deltizi e lagunari. Successivamente i monti divennero uno fra i pochi “atolli” nel periodo pliocenico, quando l’Italia centrale era coperta, per la maggior parte da acqua.

La loro formazione sarebbe avvenuta, con una prima fase di sollevamento seguita da una seconda fase di sprofondamento, da cui si deduce il perché di alcune pendici ripide e strapiombanti sulla pianura. Parte dei monti, soprattutto la parte pedemontana sud-ovest, è costituita di roccie calcaree, fatto che ha permesso la formazione di cavità divenute in diversi casi grotte più o meno estese. Da notare che per la scienza geologica esiste una roccia, detta Verrucana che ha preso il nome proprio dal monte Verruca che si trova nei M. Pisani (in cima al quale sorge il rudere di un antico castello) e che lo caratterizza per la sua presenza.

L’antropizzazione dei monti è iniziata in epoche assai remote difatti, grazie alle prime esplorazioni speleologiche negli anfranti e nelle grotte condotte dalla metà dell’ottocento circa, sono stati rinvenuti resti paleontologici e paletnologici risalenti al paleolitico superiore, da allora però la maggiore frequentazione, si è avuta soprattutto a sud, nella zona Calcesana, ancora prima degli etruschi, da apuani o liguri, dal momento che la valle era provvista di tutto quello che di meglio la natura potesse offrire: riparo, acqua, selvaggina, boschi.

Più tardi, dopo gli etruschi vennero i romani, che come i precedenti utilizzarono la pietra calcarea dei Monti Pisani per farne calcina, e essendo nelle vicinanze dell’Arno e anche del mare a quell’epoca, per commerciarla nel mediterraneo, come sappiamo dai ritrovamenti delle navi Romane sotto la stazione treni di S. Rossore. Agli albori del culto cristiano, la zona venne individuata come luogo ideale per il ritiro e la preghiera. Questo diede il via alla costruzione di diverse chiese, oratori, pievi, gettando cosi anche le basi per lo sviluppo nella cosidetta Val graziosa di uno dei maggiori paesi dei monti: Calci.