在大地构造上，蚌埠幅地位于新华夏第二沉降带和秦岭纬向构造带的复合部位，属中朝准地台中淮河台坳的次级构造单位，称“蚌埠台拱”。它早在震旦纪已具明显的抬升作用，至寒武纪晚期形成陆地，嗣后一直呈古陆状态。
蚌埠地质历经5次构造运动急剧时期，即蚌埠期、凤阳期、加里东期、燕山期和喜山期，不仅沉积岩层发生褶皱、断裂，也发生岩浆的侵入和喷出活动。地层系华北地层区淮河分区，缺失了中、晚古生界。早古生界以前地层，以变质岩和海相地层为主，而中生界、新生界则以陆相和火山岩为主。
一、地史
蚌埠在漫长的地质历史中，经历了长期的海洋环境，又受多次构造运动的影响，形成了一系列褶皱和断层，亦发生数度岩浆活动。嗣后又经抬升和下沉活动，并伴以剥蚀和堆积作用，遂形成目前地质环境。
早在晚太古代，蚌埠经受褶皱且显著隆起。因蚌埠及邻近地区表现最为典型，故称蚌埠运动或蚌埠旋回。元古代和寒武纪继续上升，成为潜伏于水下的隆起，直到寒武纪晚期经过早加里东运动影响，终于隆起成陆，此后一直处于古陆范畴。中、晚期的加里东运动对蚌埠影响较大，表现轻度隆起，缺失了奥陶系、志留系、泥盆系和石炭系等地层。但蚌埠南北却经常受到海浸，沉积海相地层，并形成大片煤田。
中生代后期侏罗纪、白垩纪以来，地质历史上发生了燕山运动，蚌埠及邻近地区受基底差异性断块影响，发育了一系列断层和盆地。蚌埠复被斜核部仍表现为轻度上升，形成近东西向断层，其两侧下沉较剧，发育了长轴近东西的盆地。另外，沿复背斜核部发生了岩浆侵入和喷发活动。
新生代喜马拉雅运动，蚌埠及邻近地区表现以大面积轻度升降为主，即蚌埠一线上升，两侧发生下降。境内第三系的出露情况反映了这一特征，即基本缺失第三系，而向南和向北第三系的沉积厚度可达1000米以上。同期，淮河水系逐渐发育，蚌埠成为缓丘、宽谷的地貌组合。
新生代第三纪末期以来的新构造期，不均衡升降运动占主导地位，即淮河以北仍以下降为主，而淮河以南上升占优势，原来沉积的老第三系、新第三系地层，已经抬升构成了丘陵和台地地貌组合。淮河基本位于升降运动结合带，因而发育了最新断层。
二、地层
蚌埠地层可分上太古界、下元古界、上元古界青白口系、寒武系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系，其它地层缺失。
上太古界上太古界五河群是安徽省最老地层之一，由片麻岩、片岩、大理岩及含铁角闪质岩等构成，分布在曹山、雪华山等地。
下元古界下元古界凤阳群于蚌埠东部的凤阳山区出露最为典型，以石英岩、大理岩、片岩和千枚岩为主体。
上元古界青白口系以石英砾岩、含砾砂岩、铁质粉砂岩、石英砂岩为主体，主要分布在淮南、凤阳山区，蚌埠周围山丘有零星分布。
寒武系该系可分下、中、上统，蚌埠仅见下、中统地层，以砾岩、页岩、石灰岩等为主，分布在沿怀远县新城口至凤阳县武店、曹店一带。
侏罗系该系可分下、中、上统3个层位，以砾岩、砂岩、粗砂岩、长石石英砂岩为主，在蚌埠地表出露很少。
白垩系该系可分下、上统2个层位，以砾岩、砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，分布在蚌埠东部郯庐断裂带附近。
第三系该系可分下、上统2个层位，以细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、砂砾岩、砾岩为主，零星出露于沿凤阳县以西卜房子，临淮东南三公里桥一带。据钻孔揭示，在淮河北岸，天井湖西第四系以下广泛分布。
第四系广泛分布于蚌埠地表上部，可分下、中、上和全新统4个层位，且以河湖相为主。下更新统潜于淮河以北地下18.43～38.72米，个别地方距地表最远达67.44米，岩性以粘土和亚粘土为主。中更新统分布淮河以北地表下10.23～22.92米的深度，个别处仅距地表4.84米，岩性以亚粘土和亚砂土为主。上更新统在淮河南北均有分布。淮河南以亚粘土为主，厚度15米，于海拔20～50米处；淮河北以粘土和亚粘土为主，底部常有细砂层，厚度10.32～22.92米，常于海拔10～20米处。全新统分布在沿河湖地带，为最新沉积，以亚粘土、亚砂土、粉砂和细砂为主。
三、岩浆岩
蚌埠岩浆岩可分晚太古侵入岩、白垩纪侵入岩和新生代火山岩。
晚太古侵入岩主要岩石类型系混合花岗岩、混合二长花岗岩，在蚌埠呈东西走向展布，属上太古界五河群，有大小岩体17个，以涂山、曹山、西芦山最为典型。岩石矿物成份一般为：钾长石45%～50%，斜长石15%～25%，石英石25%～30%，黑云母石2%～3%，岩体较坚硬，常组成低山丘陵。
白垩纪侵入岩主要岩石类型为石英正长斑岩、石英闪长玢岩，分布于市郊，出露面积都不大，地貌常呈残丘状。岩石矿物成份一般为：斜长石40%，条纹长石10%，石英石5%～10%，角闪石15%，黑云母石10%，另有少量副矿物。
新生代火山岩主要岩石类型为橄榄玄武岩、气孔状碱玄武岩和玄武质集块岩。岩石具斑状结构、气孔状构造，分布在蚌埠与凤阳县交界等处。岩石矿物成份一般为：普通辉石50%，碱性长石10%，玻璃质35%，另有少量其它矿物。其斑晶体由橄榄石和普通辉石组成。
四、构造
(一)褶皱
蚌埠地区地质构造、沉积作用较复杂，多次构造旋回作用形成的褶皱广泛出露，蚌埠一带台穹成为淮北、淮南含煤区的天然分界。
蚌埠复背斜出露广泛，由五河群组成，轴向近东西，微向南突，并有向东倾没之势。两翼不对称，北翼较陡，且受后期断层破坏而陷落；南翼颇缓，保存较好。复背斜轴部有蚌埠期混合花岗岩，呈小岩株群侵入；也有少量燕山期闪长岩、正长岩岩体分布。
考城背斜背斜顶平缓，轴向弯曲，向西北倾伏，沿孝仪集至凤阳考城一带分布，系燕山运动早期形成。
盆地蚌埠地幅主要盆地有固镇新马桥、姚集和东刘盆地，五河武桥盆地，怀远县常家坟盆地。系燕山中、晚期深部断块继承活动在地表上的反映，盆地长轴多为东西向，被深厚的第四系所复盖。
坳陷喜山期因地壳下沉率不平衡，在怀远陈集一带形成了坳陷，还在怀远梅桥至五河形成东西向长条形坳陷。两坳陷皆伏于第四系之下，梅桥至五河的坳陷占据面积1000多平方公里。
(二)断层
蚌埠地区断裂构造发育较全，形成于不同时期，采取不同方向，相互切割、错动、限制，组成一幅错综复杂的构造图象。其中以燕山期地壳运动，经差异性升降影响而发育的主干断层为主。
东西向主干断层蚌埠地区有3条东西向主干断层。其一，新集至双庙断层，自西向东经怀远新集、固镇王庄，过浍河、沱河到双庙，近双庙轴向转为北东东向，全长95公里。其二，怀远至黄家湾断层，大致沿蚌埠复背斜核部展开，走向与褶皱轴向基本吻合，全长80公里。其三，马头城至临淮关断层，自西向东经怀远刘郢子，过淮河，到凤阳临淮关、花园湖，全长67公里。
北北东向主干断层蚌埠地区有6条北北东向主干断层。(1)固镇至永平岗断层，自北而南经固镇县城西、怀远县魏庄、姚山至永平岗向北延出，全长69公里。(2)刘集至西泉街断层，自北而南，经固镇县刘集、石湖，过氵解河、淮河，到凤阳县西泉街，全长78公里。(3)张集至龙子河断层，北起五河张集，经周庄过浍河、淮河、龙子河到凤阳县刘府，全长74公里。(4)朱顶至石门山断层，系郯庐断裂带中重要分支，在五河县大巩山林场、丁冲分成3支，以舒缓波状向南延伸，经五河县朱顶、峰山李至嘉山县石门山，全长约43公里。(5)五河至红心铺断层，系郯庐断裂带中最西部的一条主干断层，自北而南经天岗湖西、五河县城东、花园湖至凤阳县红心铺，全长75公里。(6)陈塘面至大韩庄断层，穿插于蚌埠复背斜小溪集段的南翼，全长24公里。