林州位于华北板块的南部，晋豫陕三联裂谷系北支东沿。以林州大断裂为界，分属山西断隆的太行拱断束和鹤壁断陷两个次级构造单元。前者地层产状平缓，有轻微的波状褶曲，后者断裂发育。

地层分布。西太行山顶下及大峡谷底两侧的缓坡地带为太古界。下部为角闪斜长片麻岩，黑云斜长片麻岩，上部为黑云（二云）变粒岩，出现眼球状、条状混合片麻岩，厚度大于1140米。两侧半坡上分布有中元古界汝阳群，不整合于太古界之上，下部为中厚层石英岩，中部为红色薄层石英岩夹页岩，上部为中厚层石英岩。地形上构成两个陡岩中夹缓坡，厚度从数十米到200多米，随沉积条件不同而变化。寒武系分布在太行山区的上半坡和市境广大丘陵、低山区，平行不整合于汝阳群之上。奥陶系分布于太行山顶和林州大断裂以东的低山丘陵区。石炭系分布于横水镇断陷地带内，出露面积较小，平行不整合于奥陶系之上。二叠纪分为下石盒子组。由砂岩、灰色页岩、黑色炭质页岩夹煤层（线）组成，上部层位出露不全。第四系分布于城关盆地和临淇两山间盆地，并广泛于境内平坦地带。底部为砂砾石层。其上为黄土，城关盆地内夹有腐植土一层，厚度随处而异。

地区地质。从打井资料及工程地质勘探资料分析，地下水位地南深度32米，城里15米至20米，城北7米至10米。第四系覆盖层主要分布城区各部，厚度在50—150米之间，岩性以亚粘土层多砂砾石层次之，一般允许承载力在150—200KPa。奥陶系石灰岩出露区，城区东部属奥陶系石灰区、大部分出露，形成了丘陵地带，并有泥岩（粘土）充填，出露范围小，允许承载力在300kpa以上。