Il y a 4 à 5 millions d'années la dépression de Sandanski-Pétritch était occupée par un vaste lac à faible profondeur. Son fond a accumulé des sédiments d'argile et de sable. Lorsque les montagnes de Pirin, Bélassitza et Ograjden se sont élevées, les eaux du lac se sont écoulées vers le sud. Des nouveaux sédiments apportés par les rivières des montagnes se sont déposés dans la dépression qui s'était retrouvée asséchée après l'écoulement du lac. Ils se sont superposés avec les sédiments résidant du lac pour former une nouvelle couche d'une épaisseur entre 500 et 600 mètres composée de conglomérats rouges à faible cohésion. Au fil du temps, les eaux des rivières et les pluies ont creusé des sillons et des profondeurs formant ainsi les pyramides de sable d'aujourd'hui.

Le site des pyramides abrite une grande biodiversité, plus particulièrement de nombreuses espèces d'oiseaux. Pour cette raison en mars 2009 la municipalité de Sandanski a placé la zone du site en "Zone protégée pour la sauvegarde des oiseaux sauvages".

Elle comprend les terres de 25 villages voisins ainsi que la ville de Melnik. Selon la directive il est interdit de pratiquer des activités qu'impactent ou apportent des modifications au paysage, plus particulièrement dans le cadre des activités agricoles - exploitation forestière, labour, activités minières, usage d'engrais et de pesticides