开平区位于燕山沉降带，地质构造复杂，地层依次为中上元古界长城系、蓟县系、古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、新生界第四系。地势北高南低，中部隆起。

地质构造以寒武系、奥陶系石灰岩为主，岩面凹凸，形成开平向斜带和碑子院背斜带，中间分布褶皱和断层。开平区属冀东滦河（近期陡河）洪冲积扇堆积而成的山麓平原的中部，全区地貌为丘陵、平原、洼地依次北南分布，分别占总面积的18%、75%和7%，南北地面海拔高差约50米。