宣城地区在地质分区上位于扬子准地台，处在长江中下游多金属成矿带的东侧。各时代地层发育较完整。前震旦系为变质岩，构成本区基底；震旦系至第四系以沉积岩为主，组成盖层。印支期至燕山早期地壳运动，导致本区盖层发生强烈褶皱、断裂和岩浆活动，演化成下扬子台褶带的一部分。燕山晚期的断块运动加强，使南部上升，形成隆起山地，北部沉降，成为断裂塌陷盆地。
区域主导构造线为北东向，形成紧密的北东向线型褶皱和北东向主干断裂带。沿断裂带有一系列的中基性——酸性岩浆侵入与喷发活动，其中以燕山期花岗岩和闪长岩分布最广。
一、地层
本区地层属扬子地层区下扬子分区。地层自前震旦系至第四系发育较完整。前震旦系(距今10亿年以前)构成基底；震旦系至第四系境内均有出露。其分布情况为：
震旦系(距今6～10亿年)主要在宁国县南部山区的汤坑、浪荡坞、龙池山、阳壕山、石河、瓦窑坪、太阳山、中村等地，出露地层厚度389～3921米。泾县西部山区乌石一带亦有出露。为白云岩、砂岩、页岩、泥岩、灰岩等组成。
寒武系(距今5～6亿年)主要分布于泾县北贡唐村、宁国县九宫庙、广德县寨山等地，总厚度1145米。为一套浅海相泥岩和碳酸盐类岩石组成。
奥陶系(距今4.4～5亿年)主要分布于泾县栗园、里马村，宁国县九宫庙、长虹铺，广德县长虹关、寨山一带，总厚度360米。以砂页岩、灰岩、白云质灰岩为主。
志留系(距今4～4.4亿年)主要分布于泾县外马村，宣州市新河庄、溪口，郎溪县伍牙山，宁国县畈村、龚家坞，广德县亭子山、塘辛、柏垫、卢村等地，总厚度3025米。为浅海滨海介壳相砂岩夹页岩等组成。
泥盆系(距今3.5～4亿年)主要分布于宣州市新河庄、敬亭山、麻姑山、水东、周王、溪口，广德县亭子山、四顶山、独山，宁国县畈村、港口，泾县孤峰、管岭等地，总厚度1717米。为陆相沉积的砂岩、石英砂岩等组成。
石炭系(距今2.7～3.5亿年)主要分布于宣州市水东王胡村、广德县独山、泾县孤峰一带，总厚度242米。为一套浅海相灰岩、泥灰岩等碳酸盐岩组成。
二迭系(距今2.25～2.7亿年)主要分布于宣州市王胡村、周王，广德县新杭、独山，泾县摇头岭、昌桥、孤峰，宁国县港口一带，总厚度1127米。为陆海交替浅海相硅质岩、灰岩、炭质页岩夹煤层组成。
三迭系(距今1.8～2.25亿年)主要分布于泾县摇头岭、宣州市水东、宁国县山门洞及苏浙皖交界附近，总厚度大于1047米。以泥岩、灰岩、白云岩为主。
侏罗系(距今1.35～1.8亿年)主要分布于宣州市水东，广德县大王村、南冲、白茅岭，郎溪县姚家塔一带，总厚度2552米。由砾岩砂、页岩及煤组成，上部由一套中酸性熔岩及火山碎屑岩组成。
白垩系(距今0.7～1.35亿年)主要分布于宣州市寒亭、泾县马头、广德县誓节一带，总厚度1070米。以一套碎屑岩为主。
第三系(距今200～7000万年)主要分布于宣州盆地，总厚度1221米。地层极易风化，常形成较厚的松散残积层。
第四系(距今200万年以内)境内出露较广泛，面积达4365平方公里，总厚度170米。主要为冲积、洪积、残积、坡积的砾石、砂、粉砂、粘土组成。
二、岩浆岩
1、侵入岩
刘村岩体分布于广德县四合乡至浙江安吉县障吴村一带，境内出露面积203平方公里。形成于白垩纪早期。岩体边缘为细粒斑状花岗岩、二长花岗岩、中粒斑状花岗闪长岩，中央为中粒、中细粒斑状花岗闪长岩、二长花岗岩。岩石成分变化较大，主要钾长石与斜长石比例多变。金属矿化微弱，较有利的矿化为水晶和萤石。
麻姑山岩体位于宣州市麻姑山。地表分成南北两个岩体，相距300米左右，直径分别为150米和270米。岩体无分相现象。岩石呈斑状结构，斑晶含量30～50％，以中长石、石英、黑云母等矿物为主。从矿物成分看，岩体以花岗闪长岩为主，铜、钼矿化现象普遍。
庙西岩体在广德县庙西、下寺一带，呈北东方向延伸，地表出露面积约62平方公里。分相明显，边缘相为细粒花岗岩、细粒斑状花岗岩和花岗斑岩，过渡相为中细粒斑状花岗岩。矿物成分及含量变化不大，从边缘相到过渡相，仅钾长石、石英略显增多，斜长石、黑云母微量减少。矿化现象主要是铁，局部有多金属矿化现象和铀异常。
姚村岩体在郎溪县姚村一带，呈北东65°方向延伸。岩体分相明显，边缘相为细粒花岗岩，过渡相为中细粒斑状花岗岩，中央相为中粗粒钾长花岗岩。岩石中含暗色矿物极少。矿化现象以萤石为主，金属矿化现象不高。
2、喷出岩
粗面岩及粗面斑岩在郎溪县凌笪一带。岩石呈浅灰色，斑状结构。矿物成分为斑晶钾长石5％，斜长石和黑云母少量，基质钾长石89％，石英微粒5％，副矿物微量。粗面岩普遍硅化，钾长石被次生石英交代。
流纹岩及流纹斑岩分布于广德县四合、庙西等地。岩石呈灰白色、浅灰色和浅红色致密块状。成分较均一，斑晶成分及含量为：石英7～10％，钾长石3～6％，斜长石0～3％，黑云母少量。最常见为流纹构造，长石、石英组成条带。
次苦橄玢岩在广德县风桥乡西坞。长100米，宽70米，走向东北。呈灰绿色。主要矿物成分有橄榄石、辉石，副矿物有磷灰石、锆石、金红石、磁铁矿等。由于爆发关系，岩石中含大量角砾，成分复杂。
次橄榄玄武岩次安山玄武岩分布于广德、郎溪县交界的白茅岭一带。呈深灰色、灰黑色。矿物成分及含量：斑晶为拉长石10％，橄榄石2％，辉石1％，基质为拉长石42％，橄榄石10％，辉石15％，金属矿物10％，玻璃质10％。次生矿物有蛇纹石、绿泥石等。
三、构造
境内地质构造过程为印支、燕山、喜马拉雅三次运动。主要褶皱构造由印支运动形成；燕山运动以断裂和岩浆活动为主，也继承了印支运动的褶皱和拗陷；喜马拉雅运动以差异性升降为主，进一步导致南部、东部成为隆起山地，北部成为塌陷盆地。
1、褶皱构造
敬亭山——狸头桥复背斜位于固城湖——九连山一线东南，东坝——南漪湖——敬亭山一线西北，宽约14公里，以狸头桥、新河庄两地为准，分北、中、南三段，全长50公里，总体走向北东。自北而南包括新河庄背斜、昆山向斜、花山向斜和敬亭山单斜。复背斜已被切割支离破碎，轴面均向南东倾斜。其核部由高家边组、坟头组、茅山群、五通组等组成，翼部由黄龙组、船山组、栖霞组、孤峰组、龙潭组、殷坑组等组成。
北贡背斜在泾县北贡一带，长7公里，宽3.5公里。核部由黄柏岭组组成，翼部由杨柳岗组至高家边组组成。两翼不对称，倾角分别为10～25°和30～40°。
泾县水东复向斜包括地域辽阔，北至麻姑山，南至浙溪，西至孤峰，东至水东。共由12个次级背、向斜组成，即：孤峰向斜、麻姑山背斜、寺门口背斜、蔡村坝向斜、新田向斜、溪口向斜、虾子岭背斜、水东向斜、外湾背斜、大移村背斜、董村向斜、东园背斜。核部由扁担山组、大隆组等组成，翼部由唐家坞组、五通组、黄龙组、孤峰组等组成。但地层常有缺失现象。复向斜两翼常呈不对称状。
九宫庙复背斜位于水东向斜之东、宁国县长虹乡境内。走向北东，长约12公里，宽3公里。由寒武系至奥陶系组成，西阳山组或谭家桥组常构成核部，黄泥岗组构成翼部。断裂系统常破坏了背斜的原始形态，向西南呈指状分叉，剖面上波状弯曲。
金龙山向斜在广德县西部。为一异常开阔的挠曲构造。原轴向北东，遭月湾街断层破坏，现存形态近南北向。核部最新地层为五通组或船山组，两翼为大白地组至唐家坞群。受柏垫断层和洪村断层影响，使向斜分成三段：南段起于杨滩附近，中段为平缓对称向斜，北段仅残存波状起伏的单斜。
阳岱山向斜在广德县东南部，长13公里。核部为唐家坞群上段，翼部为畈村群。两翼倾角相似，约25°左右。向西南仰起，仰角18～22°。
亭子山背斜在郎、广交界处。东北起自牛尾巴山，西南至亭子山，走向北东，长13公里。核部为唐家坞群下段，两翼为唐家坞群上段和和龙山组。总的轴面倾向东南，西北翼略陡，东南翼稍缓。
大龙山——砺山复式向斜位于广德县北部。大龙山向斜为复式向斜的主体，外貌近似圆盆状，东西长20公里，宽18公里。盆内为上侏罗统覆盖，上古生界只在边缘零星出露。复式向斜三个次级褶曲为吉多岕向斜、长山背斜和砺山向斜。向斜核为殷坑组，背斜核为高骊山组。
新杭向斜在广德县新杭乡境内。核部为扁担山组，西北翼为五通组至和龙山组，东南翼为龙潭组至和龙山组。轴向40～50°。在新杭北仰起。长9公里，宽2.5～3公里。
广德拗陷包括广德县东部和中部广大地区。由下白垩统七房村组构成。拗陷形态不规则，西部于广德县城郊一带封闭，向东开口。总体为北西西向，地层多为南南西倾向，倾角10～15°，受北西向基底断陷控制。
宣南拗陷包括宣州市、郎溪县的大部，泾县北部，向西至南陵境内。呈近东西向延伸，但受北东向构造影响，不仅向北东向开口，而且发育分支拗陷多条。地层倾角5～15°，拗陷中心向东北方向迁移。其上又叠置了丹山、十字铺等次级拗陷。
门口塘拗陷位于广德县北部。外貌呈椭圆形，东西北三面为古陆包围。北东走向，长15公里，宽12公里。由上白垩统宣南组上段组成。倾角10～15°。据钻孔资料，拗陷最深处达250米。
2、断裂构造
青弋江大断裂为江南深断裂的一部分。自黄山市(原太平县)入境，沿青弋江至泾县，经宣州市敬亭山，穿越南漪湖，从郎溪县东北部进入江苏境内，呈北东向展布，境内长约130公里，宽l0～15公里。形成肇始时间为加里东运动晚期，印支运动表现一定的活动，燕山期活动最为强烈。是铜铁形成的主要通道。
周王深断裂西自青阳县入境，经泾县北部、宣州市周王、广德县独树，延伸至浙江省，境内长约150公里。断裂北侧为白垩系；南侧为古生界，组成皖南山区。沿断裂岩石硅化、角砾岩化强烈。断裂发育于加里东运动，燕山晚期和喜山期再次发展扩大。
郎溪——宁国深断裂为郎溪休宁深断裂的东北段。北起郎溪县伍牙山，经广德县独树，至宁国县洪门西南入绩溪县，境内长约120公里。断面倾向东南，倾角30～45°，破碎带宽数米至数十米。断裂主要发育寒武系至志留系。沿断裂角砾岩化、硅化、片理化强烈。断裂起始于燕山中期，燕山晚期活动强烈。
虎岭关——宁国墩深断裂北起广德县虎岭关，南至宁国县宁国墩，北东走向，长70公里，宽20公里。断层面以倾向南东为主，倾角多变。发育在寒武系内，控制印支期、燕山期花岗岩和花岗闪长岩的发育。断裂带片理化明显，呈北东向分布。断裂发育于皖南期，印支期、燕山期活动较弱。