A hegység döntő többségét a triász korban (195-240 millió éve) keletkezett fődolomit alkotja, de jelentős a mészkő mennyisége is. Mindkettő tengeri üledékes kőzet. A dolomit kemény, tömött, jól rétegzett, gyengén karsztosodó és kevésbé oldódó kőzet, mindezekből adódóan gyenge a vízátbocsátása is. Ellentétben a mészkővel, amely jó vízáteresztő és könnyen oldódik, viszont nem málik. A két kőzetfajta közt a Vértes-hegység északi peremén egy átmenet található, ahol a fődolomit agyagos, márgás rétegekkel változatos kifejlődésű mészkőbe megy át. A várgesztesi-medence szélén megtalálható a két leggyakoribb mészkőfajta: a dachsteini és a nummuleteszes is.
A hegység viszonylag egyszerű töréses szerkezete a kréta (65-135 millió éve) idején alakult ki, a miocénben (9-25 millió éve) pedig tönkjelleget öltött, és rögösen fel is darabolódott. A hegység felszíne monoklímás tábla, gyakorlatilag egy fennsík, melynek átlagos magassága 400 méter körüli. Völgyeinek döntő többsége a szerkezeti vonalakon halad. Sok fagy aprózta, úgynevezett periglaciális és jelenkori törmelék-felhalmozódás figyelhető meg a meredek lejtőkön.
A földtörténeti újkor eocén korszakában (37-65 millió éve) tenger öntötte el a Vértes környékét és akkori öbleit, és ott hatalmas lápok alakultak ki. Ezekből keletkezett a barnakőszén jelentős hányada. A várgesztesi-medencében ez a réteg már nagyon elvékonyodik, és alatta települ némi bauxitos vörös agyag. Egy korszakkal később, az oligocénban keletkezett a vértessomlói kőszén. A pleisztocénban (10-2,5 millió éve) lösz és futóhomok borította a felszínt, majd a holocénban (10-15000 éve) lerakódott a völgyek aljára némi patakhordalék.
Forrás: a Várgesztesi Német Kisebbségi Önkormányzat által 2008-ban kiadott, Hartdégen Sándor által szerkesztett Várgesztes – Gestitz című könyv Földrajzi bevezető című fejezete.