合肥地区处于燕山期断陷盆地之中，所见地层以中生界侏罗系以来地层为主。从老到新分述如下：
侏罗系上统，市区分布于杏花村以西至董铺水库一线，大致呈东西向延伸，西部较阔，东部较窄。主要岩性为砾长石、石英砂岩、中细中粗粒砂岩。此外，还夹有砾岩和薄层泥岩、粉砂岩。岩层产状：走向北西西，倾向北东，倾角20度左右。
    白垩系下统分布于西北部，尤以南淝河上游以北分布面积较广。岩性为长石、石英细砂岩，夹有粉砂质泥岩和泥岩。岩层产状：走向北西西，倾向北东，倾角10度左右。
    白垩系上统在合肥市有大面积的分布，主要在北部和西南部。岩性为中细粒砂岩，夹有薄层泥岩。大蜀山出露点的岩层产状为走向北西西，倾向北东，倾角8度。
    下第三系古新统集中分布在东南部。岩性为粉细砂岩、粉砂质泥岩和泥岩。自西向东具有颗粒变细、泥质增多的趋势。
     第四系上更新统主要分布在低岗地区，面积广大。厚度一般为10~30米。岩性下段主要为亚粘土、轻亚粘土或粉细砂层。上段主要为粘土，偶夹有亚粘土。
    第四系全新统分布于南淝河及其支流的河谷平原，呈条带状展布。地层厚10~20米。岩性为粘土、亚粘土、轻亚粘土，夹有粉细砂。
    火山岩在合肥市有零星出露，其范围较小，主要沿断裂展布。其中，橄榄辉绿岩分布于大蜀山95~100米顶部，冲穿于上白垩系上统红砂岩之上，系火山岩颈。辉绿岩墙分布于环湖东路采石坑中，穿插在侏罗系上统砂岩内，近垂直状。这两个火山岩体均形成于第三纪始新世~上新世（距今5500~250万年）。
    肥东低山丘为大淮阳地质延伸部分，太古界片麻岩、元古界磷片岩及震旦属变更岩裸露，燕山运动时侵入岩浆带来了丰富的矿藏，如铁、磷灰石、云母、白云岩、花岗岩、石棉、石英石等。
长丰北部舜耕山脉为寒武系——奥陶系地层，有灰岩、瓷土、大理石、石英砂岩等。
    肥西大部分为大别山凹陷隆起余脉（西、中、北部）形成的低山丘陵，主要为沉积岩，如红砂岩、砾岩及大别山杂岩，出露及地下分布广泛。其东南沿巢湖系合肥凹陷之中生代地层（巢湖盆地）；西北部系大别山凹陷之淮河低台地，形成有小块平原。巢湖北、西岩平原，为近代冲积型地层。