一、地层

集宁市地质结构岩层较简单。北部低山丘陵区除了古老的片麻岩、大理岩等变质岩系外，还有分布面积较广的玄武岩层。南部的前山倾斜平原地区为第四纪冲击洪积层。

（一）太古界

集宁至兴和县一带，在距今30～35亿年早太古代，逐渐形成最古老的原始陆壳，呈孤岛状出露于当时的海洋中，后经数亿年的火山沉积作用及多次构造变动，，所形成的陆壳逐渐稳固，称之为集宁陆核。该陆核呈西宽东窄的长卵形，东西长600公里，南北宽300公里。下太古界桑干群主要出露于兴和、集宁、凉城一带，下部为麻粒岩、片麻岩、斜长角闪岩，上部为矽线榴石钾长片麻岩、浅粒岩。

（二）新生界

集宁第三系地层均为陆相沉积，称为集宁地层分区。第三系分为渐新统、中新统、上新统。其中，中新统玄武岩颇为发育，构成特有的熔岩地形。渐新统分布于集宁至兴和一带，主要为灰白色细砾岩、粉砂岩、细砂岩、夹灰黑色泥岩及褐煤数层。上新统主要分布于集宁～兴和之间的沟谷洼地中，以红色粘土为主，夹有灰色粘土、砂砾石层及钙质结核等。

第四系上新统，全新统冲洪积层广泛分布于黄旗海盆地周边及前山平原和河流两岸，以砂砾卵石为主，夹粘砂土厚15～20米。湖积层主要分布于榆树湾及黄旗海一带，由浅灰和灰黑色淤泥、粘砂土及粘土质粉细砂组成，厚4～30米。

二、地质构造

集宁地质构造运动主要发生在吕梁期和喜玛拉雅山期。大约在1700万年前的吕梁运动期，就形成地台基础。吕梁期强烈的造山运动，地壳上升，形成陆台，集宁地区完全脱离海侵。伴随运动的发展，原岩变质，产生强烈褶曲，并伴随V1-2花岗岩侵入。有大面积显露的火山岩和玄武岩，个别地区还有麻岩、大理岩。土壤多为栗钙土和红胶土。吕梁运动以后，陆台处于长期悠久的相对稳定阶段，从元古代至中生代白垩系前，一直未接受沉积。

燕山运动第一幕，局部有花岗岩和石英斑岩侵入。陆台由柔性变为刚性，原岩深度变质，至中生代白垩纪，低洼地带接受一套内陆河湖相沉积，为紫红色泥岩、灰白色砂砾岩。

喜玛拉雅山运动是本区主要的造山运动。第一幕仍处于上升阶段，未接受沉积。第二幕影响最剧烈，断裂大量产生，形成高山与坳陷。同时玄武岩大量喷发几乎掩盖了呼和浩特以东大部分地区。由于间歇性玄武岩大量喷发，地壳运动剧烈，坳陷地段沉积了上新世红色泥岩。至此以后，集宁地区由水平运动转为升降运动为主，逐步形成低山丘陵地形。