Auch der Zollnersee verdankt seine Entstehung der Geologie. Der Gletscher der letzten Eiszeit schürfte eine Senke in die heute unter dem See liegenden Schiefer. Diese wasserundurchlässigen, auffallend schwarzen Gesteine verhindern ein Versickern des Wassers und bauen auch die den See umgebenden Hügel auf. Sie zählen mit einem Alter von 410 Millionen Jahren zu den älteren Gesteinen im Zollnersee Gebiet.
Der Zollnersee wurde 1985 vor allem wegen seiner landschaftlichen Schönheit zum Naturdenkmal erklärt. Die Verlandung ist aber schon weit fortgeschritten, und langsam entwickelt sich der See zu einem Moor. Der maximal drei Meter tiefe See ist auch Lebensraum seltener Pflanzen und Tiere. Hervorzuheben ist das Vorkommen des Schmalblättrigen Igelkolbens und des Alpen-Laichkrautes. Für die Tierwelt hat er als LaicHaltepuntklatz für Bergmolche Bedeutung.