Le massif est principalement constitué de gabbros et roches similaires, datant du précambrien, mais charriés à leur position actuelle lors de l'orogenèse calédonienne. L'érosion fluvioglaciaire durant les glaciations quaternaires conjuguée à ces roches dures a laissé un des paysages les plus alpins de toute la chaîne. Bien qu'ayant fortement reculé depuis la dernière glaciation, les glaciers sont toujours omniprésents sur les montagnes, et sont les sources de plusieurs des principaux cours d'eau du Sud norvégien. Ces rivières glaciaires ont souvent une couleur turquoise caractéristique, en particulier visible dans les grands lacs de l'est du massif, tels que le célèbre Gjende.
Des traces humaines remontant jusqu'à 6 000 ans ont été découvertes dans les montagnes, indiquant que le massif était un terrain de chasse aux rennes important à l'époque. Plus tard, Jotunheimen devient aussi un terrain de pâturage important pour le bétail en été, en lien avec des mouvements de transhumance. Le massif se fait connaître du grand public grâce à des explorations scientifiques, puis par le biais de nombreux artistes durant le XIXe siècle. Ainsi, Jotunheimen devient immédiatement l'un des hauts lieux du tourisme de montagne qui naît à cette époque. Hurrungane, la section la plus alpine du massif est aussi le berceau de l'alpinisme dans le pays. La pression industrielle accrue au début du XXe siècle, en particulier pour l'exploitation de l'énergie hydroélectrique, suscite un des premiers mouvements environnementalistes du pays. Il faut cependant attendre 1980 pour qu'une grande partie de la zone soit protégée dans le parc national de Jotunheimen.
Le massif est devenu un site touristique majeur, populaire en particulier pour la randonnée estivale, l'alpinisme, mais aussi les sports d'hiver.
Les personnes qui envoyaient du courrier par le navire postal de Saint-Kilda ne pouvaient pas savoir si leur message arriverait, ni s’il toucherait terre en Écosse ou en Norvège.
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