Die Katrin erhielt ihre jetzige Form während der Eiszeit und besteht zum größten Teil aus mehr als 200 Mio. Jahre altem Kalkstein – dem weltberühmten Dachsteinkalk – der in einer tropischen Lagunge abgelagert wurde.
Die Nordabbrüche bestehten großteils aus mehreren hundert Metern mächtigen, geschichteten und dolomitreichen Dachsteinkalk, der in der jüngeren Trias-Zeit vor etwa 215-200 Mio. Jahren in einer seichten tropische Meereslagune abgelagert wurde. Deutlich ist im Gipfelbereich der Katrin und am Hainzen die steil gestellte Stirn der Dachsteinbänke zu erkennen. Diese Steilstellung entstand durch den Nordschub der Gamsfeldmasse im Rahmen der Gebirgsbildung, was auch zur Folge hatte, dass die Dachsteinkalkbänke nun auf Gesteinen der Hallstätter Zone von Bad Ischl liegen. Im Süden, im Goiserer Weißenbachtal, wird der nach Norden gekippte Dachsteinkalk von Hauptdolomit und strahlend weißen Wettersteindolomit (1. Foto) unterlagert. Ihre jetzige Gestalt verdankt die Katrin der schürfenden Tätigkeit des Traungletschers während der Eiszeit.
Das gesamte Katergebirge ist ein typisches Kalkkarstgebiet. Der ausgedehnte Plateaubereich und auch die höher gelegenen Bergflanken bestehen überwiegend aus stark verkarsteten Dachsteinkalk mit nach unten offenen Karren und Dolinen.
Als Konsequenz der starken Verkarstung finden sich im Plateaubereich trotz des hohen Niederschlagsangebots keine permanenten Oberflächengewässer. Der oberirdische Abfluss versickert rasch in den offenen Spalten und Hohlräumen des Untergrundes und tritt nach nur kurzer Verweilzeit im Berg wieder in mehreren bedeutenden Karstquellen im Tal zutage. Dies ist auch für die Trinkwasser-Versorgung der Stadt Bad Ischl relevant, da der Wasserbedarf der Kurstadt zu etwa 70% von der 1895 eröffneten Hochquellenleitung der Anlage Wildenstein am Nordfuß der Katrin gedeckt wird.
Im Jahre 1980 wurde mit dem Grundwasserwerk „Hauseck“ in Haiden ein zweites Standbein für die Trinkwasser-Versorgung von Bad Ischl in Betrieb genommen.
Die Katrin stellt somit das „Wasserschloss“ für die Trink- und Nutzwasserversorgung von Bad Ischl dar und bedarf eines besonderen Natur- und Landschaftsschutzes. Aus Gründen des Wasserschutzes sind sowohl der Karststock des Katergebirges, als auch die Umgebung des Nussensees als Naturschutzgebiete ausgewiesen: jedwede Verunreinigung ist untersagt!