W obecnych granicach gminy Chrzanów odsłania się zespół formacji skalnych obejmujący sekwencję od górnego karbonu po współczesność, co odpowiada interwałowi czasowemu ok. 300 mln lat. Dla budowy geologicznej tego obszaru największe znaczenie mają utwory triasu. Ich podłoże stanowią formacje górnokarbońskie, zaś w nadkładzie występują utwory jury, trzeciorzędu i czwartorzędu.
Najniższą część triasu chrzanowskiego stanowią utwory retu, występujące na niemal całym obszarze gminy, z wyjątkiem otoczenia Góry Żelatowa oraz dolnej części doliny Płazanki. Na południu gminy tworzą one wychodnie, zazwyczaj zakryte utworami czwartorzędowymi, lecz dobre odsłonięcia spotkać można w dolinach i wąwozach oraz w wyrobisku południowym kamieniołomu w Płazie. Miąższość retu wynosi 30 - 35 m. W najniższej części budują go czerwone lub pstre utwory piaskowcowo - ilaste, nad którymi występują skały ilasto-margliste, a jeszcze wyżej - dolomity.
Nad retem zalegają utwory środkowego triasu o grubości dochodzącej do 120 - 130 m (najpełniejsze ich profile znane są z wierceń na północ od linii Kościelec - Kąty). W najniższej części, zgodnie z podziałem wprowadzonym przez Stanisława Siedleckiego, wyróżnić można warstwy gogolińskie dolne o grubości kilkunastu metrów, zbudowane z wapieni i margli. Leżące wyżej warstwy gogolińskie górne, o miąższości od 20 m do 30 m, składają się z utworów marglistych i marglisto-wapiennych, o charakterystycznym gruzłowym pokroju i falistym warstwowaniu, w spągowej części z wkładkami zlepieńców śródformacyjnych. Dobre odsłonięcia warstw gogolińskich znane są z Pogorzyc i Płazy. Tworzą one rozległą wychodnię w południowej części obszaru, obejmującą okolice Płazy i Pogorzyc. Odsłaniają się także w rejonie Kątów i Balina.
W najwyższej części warstw gogolińskich górnych, w warstwie o grubości 3 - 4 m występują skutki przeobrażenia, dolomityzacji i lokalnie okruszcowania. Jest to najniższa część tzw. dolomitów kruszconośnych, występujących na większej części obszaru, z wyjątkiem rejonu Płazy. Dobre odsłonięcia tej części profilu znajdują się w kamieniołomie w Żelatowej, w rejonie kolonii Żelatowa oraz na obszarze między Kątami i Balinem.
Powyżej zalega seria dolomitowa o grubości 38 - 40 m, odpowiadająca wydzielanym przez Siedleckiego warstwom gorażdżańskim (oryginalnie gorazdeckim), terebratulowym i karchowickim. Łącznie z warstwą dolomitową w stropie warstw gogolińskich wyróżnia się je jako jednostkę określaną mianem dolomitów kruszconośnych. W znacznej części powstały one w wyniku dolomityzacji innych skał węglanowych, których relikty zachowały się w w rejonie Płazy.
Kolejna seria dolomitowa, o miąższości od 17 do ok. 25 m, to dolomity diploporowe. Występują one na północ od linii Żurawiec - Podstoki - Źrebce - Skotnica (w Płazie Górnej), tworząc rozległe wychodnie na południe od Chrzanowa, wzdłuż doliny Chechła, między Kątami i Balinem oraz w rejonie Okradziejówki.
Najwyższą część wapienia muszlowego, warstwy tarnowickie i boruszowickie, znamy obecnie wyłącznie z wierceń. Utwory te występują na północ od linii Osiedle Stella - Chrzanów - Balin. Warstwy tarnowickie, o miąższości 10 - 14 m, składają się z utworów dolomitowych i dolomitowo-marglistych, natomiast warstwy boruszowickie, o miąższości 14 - 21 m, to „przekładaniec” skał dolomitowo-marglistych oraz piaskowcowo-ilastych.
Utwory górnego triasu (kajperu) także nie odsłaniają się obecnie na powierzchni. Ich zasięg ograniczony jest linią Balin-Kościelec, a miąższość w najpełniejszych profilach w rejonie Luszowic przekracza 120 m. Składają się głównie z mułowców i iłowców z wkładkami piaskowców i dolomitów oraz żyłami włóknistego gipsu.
Sumaryczna grubość formacji tworzących nadkład nad triasem wynosi od kilku - kilkunastu metrów w południowej części gminy do około 100 m w rejonie Luszowic. Bardzo rzadko spotyka się wychodnie triasu pozbawione choćby kilkudziesięciocentymetrowej pokrywy utworów młodszych.
Największe grubości wśród formacji tworzących ten nadkład, w przedziale od kilkunastu do około 100 m, osiągają utwory jury, które występują w północnej i wschodniej części gminy (Luszowice, Balin Duży, centrum Chrzanowa, Kościelec). W ich skład wchodzi warstwa osadów jury środkowej o grubości kilku metrów, zbudowana z piaskowców oraz „oolitu balińskiego”, na której leży seria marglisto - wapienna reprezentująca jurę górną. Odsłonięcia utworów jury środkowej występują obecnie w rejonie Kościelca, natomiast jury górnej, zwłaszcza wapieni, w wielu punktach Luszowic i Balina, a także w niemal wszystkich wykopach w centrum Chrzanowa.
Utwory trzeciorzędu występują w okolicy stawu osadowego ZG Trzebionka S.A., między ulicami Trzebińską, Szpitalną i korytem Chechła, między ulicami Zbożową, Osiedle Robotnicze, Oświęcimską i Śląską oraz w lasach wzdłuż rzeki Śmidry (Kanału Matyldy). Ponadto niewielkie ich płaty spotykano podczas wykopów w różnych miejscach w Chrzanowie. Zalegają one na różnych ogniwach triasu i jury, a także tworzą wypełnienia kanałów krasowych w tych utworach. Najstarsze z nich to iły i piaski osadzone przed transgresją mioceńską, nad którymi występują iłowce i margle reprezentujące górny miocen, o miąższości od kilku do ok. 50 m.
Utwory czwartorzędowe tworzą niemal ciągłą pokrywę na niemal całym opisywanym obszarze. Jej grubość osiąga od kilkudziesięciu centymetrów do blisko 50 m. Najgrubsza występuje w dolinie Chechła oraz w rejonach występowania wydm piaszczystych (Luszowice, Balin, Żelatowa-Pogorzyce). Tworzą ją piaski i żwiry wodnolodowcowe oraz piaski eoliczne, zaliczane do plejstocenu. Oprócz nich występują też utwory ilaste określane jako gliny zwałowe (częściowo do kategorii tej zaliczane są także różnego rodzaju zwietrzeliny). W południowej części gminy, w rejonie Płazy i Pogorzyc, duże znaczenie mają lessy i gliny lessowe. Miąższość ich wynosi od kilkudziesięciu centymetrów na wierzchowinach do kilkunastu metrów lokalnie na stokach dolin.
Najmłodsze utwory, reprezentujące holocen, co znaczy, że powstały w ciągu ostatnich 11 tysięcy lat i powstają nadal, to najczęściej piaski i gliny z okruchami i rumoszem różnych skał, występujące zwykle na zboczach wzniesień. Drugą grupę utworów holoceńskich stanowią osady współczesnych cieków wodnych, mułki i piaski, rzadziej także żwiry i martwice wapienne oraz torfy. Lokalnie istotną rolę odgrywają najmłodsze w omawianej sekwencji utwory antropogeniczne, związane z działalnością człowieka, elementy infrastruktury komunikacyjnej oraz składowiska odpadów przemysłowych i komunalnych.
Wszystkie wymienione utwory z wyjątkiem czwartorzędowych wchodzą w skład skomplikowanej struktury, która została uformowana podczas kilku faz tektonicznych związanych z formowaniem tej części platformy środkowoeuropejskiej w paleozoiku i mezozoiku, a następnie przebudowana podczas wypiętrzania Karpat u schyłku trzeciorzędu. Istotną rolę odegrały tu także okresy intensywnej erozji, które doprowadziły do powstania trzech powierzchni zrównania, na których osadzały się potem utwory triasu, jury i miocenu.
Najstarszym elementem tych struktur jest niecka chrzanowska, szerokopromienna synklina o osi przebiegającej w kierunku NW-SE, jedna z niecek występujących we wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Została ona uformowana głównie podczas ruchów starokimeryjskich, tj. na przełomie triasu i jury (dostrzec można też mniejsze wpływy późniejszych ruchów). Warstwy triasowe nachylone są pod kątem od 3 do 10o, zwiększającym się strefach przyuskokowych. Jej złożona budowa wewnętrzna związana jest z występowaniem wewnętrzych fałdów i uskoków o biegu równoległym i prostopadłym do osi. Przykładem pierwszych są uskoki w strefie Trzebinia - Będzin, na północnych krańcach obszaru gminy, drugich - uskok Chechła.
Młodsza generacja struktur to rowy i zręby tektoniczne, które powstały podczas ruchów karpackich. Charakteryzują się one kierunkami równoleżnikowymi, co znajduje odbicie w orientacji elementów rzeźby terenu. Znajdujące się w południowej części gminy wzniesienia związane są ze strukturą zrębową zwaną blokiem Płazy, obciętą uskokiem Źrebce - Libiąż. Natomiast zaczynająca się na Kątach i ciągnąca ku zachodowi kotlina zawiązana jest z rowem tektonicznym Chrzanów - Dąb a równoległe do niej pasmo wzniesień - ze zrębem Cezarówki (te dwie struktury oddziela uskok Kąty - Byczyna).