El núcleo de Villel ocupa un sector de estrechamiento del valle del río Turia, junto a la desembocadura del río Camarena, procedente de la sierra de Javalambre.
Geológicamente es una zona compleja ya que junto a las calizas y arcillas terciarias afloran materiales jurásicos y cretácicos fuertemento afectados por la tectónica. El pueblo y su entorno inmediato occidental se compone de arcillas y yesos del Triásico superior (Keuper), muy salino, con una gran abundancia de materiales volcánicos (ofitas) de esa misma edad, de tonos verdosos. Es fácil encontrar cristales de jacintos de compostela y teruelitas en las formaciones yesíferas. Unas capas subverticales de dolomías del Triásico medio (Muschelkalk) aparecen casi cerrando el cauce del barranco del Hocino que tiene que cortarlas mediante el cañón de la Fuensanta, donde se ubica el santuario.