Für die Geologie bestimmend sind Tonschiefer aus dem Devon (360 bis 420 Mio. Jahre alt), die örtlich von Grauwacken  (graugrüne Sandsteine ca. 400 Mio. Jahre alt) und Quarziten unterbrochen werden.

Lösslehme aus dem Tertiär (65 bis 2,6 Mio. Jahre alt) überdecken großflächig die Devongesteine. Aus den Lösslehmen haben sich mittel- bis tiefgründige Braunerden entwickelt. Auf Hochplateaus haben sich von Lösslehm überdeckte Graulehme mit Staunässebildung (Pseudogley) herausgebildet. Im Norden des Forstamts finden sich Lockerbraunerden aus Mischsubstraten von vulkanischen Aschen des Laacher-Vulkans (Bims, 12.000 Jahre) und  Lösslehmen. 

Die charakteristische, enge Talform des Rheins entstand durch Tiefenerosionen des Flusses in eine sich hebende Scholle (antecedentes Durchbruchstal).
Da sich die Landschaft in Schüben hob, bildeten sich in Ruhephasen mehr oder weniger breite Talsenken aus, die heute als Nieder- (Flussaue), Mittel- (Burgenhöhensporn) und Hochterrasse (Übergang zum Mittelgebirge) zu erkennen sind. 
Ablagerungen aus Sand, Schlick und Schotter sind Zeuge der alluvialen Genese.