镇江市在距今大约7亿年以前的元古代震旦纪，地壳开始下沉为扬子海的一部分，其后5亿年间，地壳以下沉为主，海水时进时退，形成了石灰岩、白云岩、页岩、砂岩、砾岩及煤层等地层，沉积总厚度近8000米。到中生代三叠纪末期（大约距今1.95亿年），地壳发生一次大的造山运动（印支运动），镇江地壳上升中从海底隆起成为陆地。接着在第二次造山运动（燕山运动），岩层发生褶皱，出现了一系列北东一北北东向的复式褶皱；断裂继续加强，产生了一系列纵向与横向的断裂，导致岩浆岩断裂入侵，形成大片火山岩覆盖区，火山岩最大沉积厚度计达3300米，后期伴随含矿热液活动，在境内多处聚集，形成铁矿及各种多金属矿藏。中生代以后，地壳活动渐趋稳定，奠定了镇江市基本轮廓，造成了如今宁镇山脉的雏形，新生代第三纪（距今6000万年以后），地壳继续相对稳定，地表不断遭受剥蚀、切割作用，形成了低山丘陵地貌。有些因岩性软弱，被夷为平原沟谷，北部断裂带发育成长江。进入第四纪（最近300万年），本区继续遭受风化剥蚀，随着长江的发育，地面长期经受河流侵蚀、切割、堆积作用，形成沿江地带海拔标高20～30米的Ⅰ级阶地和海拔标高50～60米的Ⅱ级阶地（可以云台山、跑马山、狮子山、北固山、象山为代表）这些阶地又在流入冲刷切割作用形成残丘，岗地。
　　镇江地区内的主要褶皱和断裂有宁镇褶皱隆起带、丹句凹陷带、茅山褶皱断裂带、沿江（幕府山一焦山）断裂带、东昌大断裂，此外，还有仑山北麓断裂、大路－界牌断裂、镇江－黄墟断裂、下蜀－船山断裂、东阳－安基山断层、乔家门断裂等次一级断裂分布。受茅山断裂和幕府山－焦山断裂影响，镇江曾多次遭受地震袭击。据现有资料表明，自东晋元帝大兴三年（320年）以来，镇江至少发生达70多次有感地震，期中震中在镇江或边缘的5级以上地震有5次，最大震级为明建文元年（1399年）4月29日和国民2年（1913年）4月3日的5.5级。在全省地震综合烈度分区中，镇江属Ⅶ度区，是省内地震活动较多的地区。
　　镇江属扬子地层区的镇江小区，从元古界至新生界的地层出露基本齐全，总厚度约1.2万米，第四系松散沿积层广泛覆盖于基岩之上，沿江一带最为发育，最厚处达130米。震旦系上统上部至中奥陶系地层以海相镁质碳酸盐岩（白云岩）为主，夹少量石灰岩，是白云石的产生层位，分布在谏壁以东地区。泥盆纪至下石炭系主要为陆相、海陆交互相的砂岩、泥岩，该层内贮存陶瓷粘土、玻璃用硅石等，市区五州山、十里长山、高骊山一带有分布。石炭系中统至二叠系下统为一套海相灰岩，是区内石炭石矿的产出层位，其中以石炭系岩质量为最好，船山石灰石矿即属此。二叠系下统上部至二叠系上统，主要为海陆交互相含煤碎屑岩，市属各煤矿均属于此层。三叠系统为海相灰岩，多呈薄层状，是区内石灰石矿物的又一重要贮存部位，宁镇山脉、茅山山脉均有分布，市区南郊、十里长山南部也有出露。三叠系中统下部为咸化海至潟湖相碳酸盐沿积岩，是石膏矿的产出部位，分布于市区中山西路地下和九华山一带。
　　境内岩浆活动主要发生在中生代燕山期，表现为多期次强烈喷发和侵入，分布广泛，位出露较少。主要侵入岩岩体有：石马岩体分布在巢凰山、五州山、十里长山、韦岗之间，韦岗铁矿即分布于该岩体西南接触带。高资岩体分布于西起下蜀，东至象山西侧。与之有关的矿产有下蜀西南的铜山钼铜矿、五州山铁矿点、四摆渡铜铅锌点、三茅宫牌湾铁矿点、金山铜矿化点等。九华山岩体西至起九华山，东至谏壁西南侧，有九华山八公洞和狮子山铁、铜矿点，付角铜矿化点。谏壁岩体分布于丹徒镇、谏壁镇至青龙山沿江一带，已知矿产有谏壁钨钼矿床。火山岩分布在茅山、上党、北固山和圌山一带，其形成地质年代为白垩下统，主要岩性有玄武岩、火山角砾等，上党的燕子窝、马鞍山等地还有古火山口遗迹 。