铜陵县在地质构造上属扬子准地台的下扬于台坳，或称淮阴山字型构造前弧东冀。褶皱、断裂发育。岩浆岩活动强烈。境内出露地层自奥陶系上统至第四系。奥陶纪～志留纪时，铜陵处于滨海一浅海环境，沉积了一套海相的碳酸盐岩和碎屑岩地层，志留纪末期发生的“加里东运动”使铜陵地区大幅度上升。二迭纪末的“海西运动”使地壳动荡不定，时而为陆，时而变海，沉积了浅海～滨海～陆相互层的沉积岩，形成了海陆交互相的含煤沉积，富含植物化石。三迭纪的中三迭世末期铜陵地区发生“印支运动”的造山运动，地壳强烈抬升，不仅使以前沉积的全部地层发生褶皱和断裂，而且沧海变桑田，以此基本结束了本地区长期处于浅海环境的历史。晚朱罗世和白垩世时，本区又经历“燕山运动”的地壳运动，使原先沉积的岩层继续发生褶皱和断裂，发生了大规模的岩浆侵入和喷出，区内现在见到的岩浆都是这一时期形成的。晚更新世初开始的“喜山运动”，在本区以缓慢的差异性地壳升降运动为特征，表现微弱。独特的地质条件形成了境内丰富的矿产资源，长期多次的地壳运动造就了铜陵的地形、山脉、水系。
地层
境内地表大部分为固结的坚硬岩石，部分丘陵地带及低洼地区和圩区为未完全固结的砂、砾及粘土。沉积地层厚度大于4262米。巨厚的沉积地层是从古生代奥陶纪至新生代第四纪约5亿年的漫长地质年代形成的。
奥陶系奥陶纪形成以石灰岩为主的岩层出露极少，境内仅于铜陵与青阳分界的蛤蟆岭公路两侧有2条断裂带和1条断层组成的断块。
志留系志留纪时形成了一套厚度大于746米的正常碎屑沉积岩，主要分布于丫枝山，郎家村、尖山、梅冲、里郎坑、大成山、黑子坑、舒家店、垄上闻等地。
泥盆系晚泥盆世时形成大陆盆地相沉积，厚度大于100.58米，以石英砂岩为主。主要分布于五峰山、天门山、寨山、大成山、叶山等地。
石炭系石炭世中、晚期沉积了一套浅海相石灰岩地层，厚度69.18米。主要分布于寨山、天门山、叶山等北西山坡上。
二迭系二迭纪沉积了浅海相和滨海相的地层，以硅质岩、砂岩、页岩为主，厚度649.15米，分布于新庙、下徐、虎山、陈家冲、杨桃山、戒岭、黄毛岭、白牡岭、青阳山、四房等地。
三迭系三迭世形成的地层以钙质页岩、石灰岩为主，厚度大于1392.06米。分布于谢家垄、分水岭、大塘沙、伞形山、龙口岭、青山、长龙山、天门山村、塔山、鹅山、丁山俞、龙潭肖、白上杨、鲢鱼山、泉塘湖等地。
朱罗系朱罗纪早、中期沉积了陆相正常碎屑积岩，因为多布于低凹地带，一般都被现代松散沉积物覆盖，很少出露。厚度大于34.16米，主要为杂砾岩、细砾岩。朱罗纪晚期由于火山喷发作用而形成火山岩，厚度大于557.79米，分布于铁壶嘴、湖城、金山、九榔庙、钟鸣狮子山等地。
白垩系主要为火山作用形成的火山岩，厚度大于409.21米，主要分布于新桥、金榔、钟鸣地带。
第三系第三纪时境内仅在沿江一带和地势低凹的地方保留有少量沉积物，以砾岩为主，厚度大于45米。
第四系第四纪沉积物由于形成后经历时间较短，为松散沉积物，厚度为0.1～81.68米。分布广泛，从山区的山麓、山坡到长江沿岸平原地区以及地势低凹的东、西湖和沼泽地带到处可见。
岩石
境内有沉积岩、变质岩、岩浆岩三类。沉积岩总厚度大于4262米，以砂岩、页岩、灰岩为主，硅质岩、白云岩、砾岩、凝灰岩次之，少量的锰质岩和煤。变质岩局限于侵入岩体与周围岩石的接触地带，区内接触变质带宽度大多在数米至百米间，少数达1公里，主要为矽卡岩、大理岩、角岩。
岩浆岩按形成环境深浅可分为侵入岩和喷出岩。
侵入岩境内出露面约39公里，主要分布于董店、新建、朱村、新桥、钟鸣等地，出露面积较大的侵入岩体主要有6处。
狮子山闪长岩和辉石闪长岩体：位于朱村乡境，平面上成不规则人字形分布，由北西和北东向两组岩墙组成。北西向岩墙倾向北东，倾角50°～78°；北东向岩墙以向岩体内倾斜为主，倾角80°以上，断续出露3平方公里。
缪家闪长玢岩岩体：位于缪家——山墈汪一带，呈岩床产出，平面上呈东宽西窄的带状蜿延，长约4公里，宽0.3～1公里，面积约2.5平方公里。岩体向北平缓倾斜，倾角一般小于20°。
瑶山闪长玢岩岩体：位于矾头南约6公里，呈岩床产出，在平面上成M形，出露面积2平方公里，岩体倾向南西，倾角一般在10°～20°。
桥头杨石英闪长玢岩岩体：分布于桥头杨、大方村、山圩洞等地，呈岩床产生，平面上北东向伸展，长7公里，宽0.2～1公里，出露面积约5平方公里。岩体倾向南南东，倾角35°左右，接触面平整。
矾头石英闪长岩体：位于顺安镇南约6公里处，呈岩株产出，平面呈不规则的椭圆形，向北西倾斜。岩体南东倾角约70°，南侧产状缓，倾角约30°，出露面积0.5平方公里。
凤凰山花岗闪长岩和石英二长闪长岩岩体：出露分布于凤凰山——新屋里一带，面积近10平方公里。呈岩株产出，平面上近园形，周边蜿延曲折。岩体北部向东倾，倾角70°～80°；东部倾向东，倾角较陡一般在45°～82°；南部向东缓倾，倾角35°左右，西及西南部向岩体内倾斜。
喷出岩以酸性岩类为主，中性及基性次之，有火山熔岩，火山碎屑岩两类。火山熔岩以玄武岩、安山岩、粗安岩、流绞岩为主，主要分布于金山、磨山、狮子山、铁壶嘴、湖城涧、
索山村等地。火山碎屑岩有熔火山碎屑岩、正常火山碎屑岩、沉火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩5种，主要分布于狮子山、磨山、金山、山埂头、水村湖及地形低凹处。
构造
铜陵大地构造单元属黄汲清所称“扬子准地台，下扬子台坳“或李四光所称”淮阴山字型构造前弧东翼”。
褶皱境内以印支期形成的褶皱为主，划分为大通——顺安复向斜、新屋里复向斜、永村桥背斜、舒家店背斜。燕山期形成的褶皱中分村复向斜，其主体已出县界，境内仅见其中次一级的褶皱八分村背斜的南西端一小部分。喜山期形成的褶皱有汪家村向斜。
大通——顺安复向斜：陶家山斜，总长度14公里，向斜轴线大致位于陶家山—大隆山一线，总方向35°；向斜北西翼倾向北西，倾角80°，南东翼也倾向北西，倾角33°～45°。青山背斜，位于青山，总长约22.5公里，背斜轴线总方向40°；该背斜北傍山南西段的北西翼倾向北西，倾角20°～30°，南东翼倾向南东，倾角40°～50°；北傍山北东段则相反，北西翼较陡，倾角60°以上，局部90°，南东翼倾角一般30°～40°。朱村向斜，位于青山背斜与永村桥背斜之间，在朱村附近向南东方向作较大的突出，北西翼倾向南东，倾角26°～55°，南东翼倾向北西，倾角33°～50°。
新屋里复向斜：凤凰山向斜，位于相思树—桥头杨一带，向南西延伸出界，北西翼倾向南东，倾角65°～80°，南东翼倾向北西，倾角40°～60°，区内长约8公里。仙人冲背斜，展布于青天山至黄土山一带，轴线走向50°～60°，南东翼倾向南东，倾角55°，北西翼倾向北西，倾角50°～60°，区内长约5公里。元宝山向斜，展布于茂工山——前山一带，向斜轴线走向50°～60°，两翼都倾向南东，倾角50°～60°，区内长约5公里。
永村桥背斜：位于大成山的一段，区内主要为背斜的北西翼，核部大部分已出界外，背斜长约12公里。背斜轴线方向变化较大，南西端的许家塔至北东青阳界段轴线走向为70°～80°，杨冲至梅冲段轴线走向转为约30°，里郎坑附近段轴线走向又转为约45°。北西翼倾向北西，倾角变化较大为21°～82°，北东为背斜倾伏端，倾伏角约5°。
舒家店背斜，位于新桥头——九榔庙西一带，呈北东向线状延展，长15公里。背斜轴线走向50°～60°；北西翼倾向北西，倾角30°～50°；南东翼的朱山脚至牡丹山段倾向南东，倾角50°～80°，牡丹山至青龙山段倾向北西，倾角60°～85°。
八分村背斜南西端部分：一部分位于湖城涧——钟鸣一线北，湖城涧附近地层倾向335°，倾角15°；索山村附近地层倾向29°～33°，倾角49°～62°。另一部分位于九榔庙——钟鸣狮子山，出露极少。
汪家村向斜：位于县城附近。轴线走向近东西，往西被长江所截，向东渐趋收敛并微抬。向斜被第四系沉积物覆盖。
断裂境内断裂主要在印支～燕山期和喜山期形成的。印支～燕山早期断裂以盛冲～瑶山断层为代表，另有3条较小断层，其长度在0.5～1.5公里。印度～燕山中期断层以塘山——丫枝山、郎坑——李家宕2条断层为代表，另有60余条较小断层，长度一般在0.2～3公里。印支～燕山晚期断裂以沙子堡、北傍山、狮子山3条断裂层为代表，另有约50条较小断层，长度一般在0.15～1.5公里。喜山期断层仅在十里长山见有正断层和逆断层各1条，仅50余米长，断层走向近东西。
盛冲——瑶山断层：该断层向东南经瑶山伸出界外。断层走向近南北。地表多被第四系沉积物覆盖。长大于11公里。瑶山以北东侧向北西，倾角40°～70°；西侧倾向南东，倾角15°～20°；断层东盘上升，西盘下降。
塘山——丫枝山断层：断层长度约4公里，走向总方向320°，断层面较直，倾角较陡，北东盘相对上升。
郎坑——李家宕断层：断层由顺安镇附近向南东延伸入南陵县境，境内长度12公里，断层面走向150°～330°，倾向北东，倾角约70°。北东盘上升，属逆断层。
沙子堡平推小断层组：位于狮子山南，规模不大。断层走向45°，相对错距1～15米。
北傍山断层：位于焦冲南西，从田傍村向南东延伸至王村，全长2公里，断层走向330°，倾向北东，倾角大于70°。断层北东盘上升，南西盘下降，属逆断层。
狮子山断层：位于钟鸣狮子山，全长0.9公里。断层面走向60°，倾向南东，倾角83°。南东盘相对向北东推移，相对错距15米，属平推断层。
铜陵及附近推测有隐伏深断裂，四周被深断裂切割成近似菱形的断块，涉及境内的深断裂主要有4条。
铜陵——南陵深断裂：推测该深断裂从河南桐柏经铜陵延伸入江苏省苏南盆地，大致呈东西向。
铜陵沿江破碎带：该带为长江下游断裂带在铜陵境内的一段，推测从湖北省广济经铜陵西北角沿江而下直达江苏南京之东，走向北东。铜陵段破碎带宽约15公里。
牛山——青阳山深断裂：向北越过长江延至巢湖市东，向南过木镇盆地插入九华山岩体中，断裂走向近南北，在青阳山附近转为北东5°，宽约1～2公里。
铜陵——九华山断裂带：境内位大通镇——横港一带，北越长江，南延入九华山岩体，走向近南北。
境内节理以剪节理为主，节理紧闭，节理面平直，方向稳定，延伸较长，常呈“X”形出现；张节理次之，多呈锯齿状。志留系～三迭系地层中以走向北东及北西的两组节理为主，朱罗系～白垩系地层中以走向近南北和近东西向的节理为主，第三系地层中以北东走向的节理为主。