寒亭区地质构造位置处于沂沐断裂带的北段，中朝准地台山东隆起区次级构造单元鲁东古隆起区和鲁西隆起区的衔接部位，即沂沐断裂带的次级构造单元昌潍凹陷之内。西侧是沂沐断裂带的唐吾——葛沟断裂，东部为昌邑——大店断裂，北部临渤海中部北西向蓬莱——威海断裂，南靠汞丹山凸起，寒亭区则处于中、新生代凹陷盆地中。潍北凹陷是沂沐断陷区内的一个小凹陷，其东西以沂沐断裂带的两条大断层为界，被鲁东隆起与鲁西隆起所夹；北边与昌北凸起以古城——潍河口断层为界，南边（泊子村以南）与潍县凸起呈超复接触，是一个以下第三系始新统沉积为主的呈北断南超的不对称的长春状凹陷。

区内大部地区被第四系覆盖，南部各时代地层均有发育；有太古界、元古界、古生界、中生界及新生界，但不同时代的地层在县内发育程度有较大差别，中、新生代地层较发育，中生代以前的地层分布零星。

寒亭区地层大致分为三个层段：一是，东南埠岭区为基岩地层，朱里本部的土门山一带为白垩系王氏组粘土岩及粉砂岩地层，原河滩镇南部及寒亭街道东南部为新第三系下玄武岩组的玄武岩地层。二是，海拔6米以上的中部平原及潍河河谷平原为第四系的冲积地层。三是，海拔6米以下的滨海平原为第四系全新统的海积地层。

境内地质构造特点，受沂沐断裂带及其派生构造控制。从盖层分布特征分析，在中生代以前与鲁西隆起区是一体，构造运动同步。从中生代燕山构造运动起便与鲁西隆起区分化、脱节，向断块运动发展。昌潍凹陷则是燕山构造运动和喜马拉雅构造运动暑期断块运动发展的产物。从整体形态上，该区为一断陷盆地，其结晶基底为太古界泰山君变质岩系，沉积盖层主要为中、新生代陆相沉积建造。沂沐断裂带控制了区内构造的成生、发展、岩浆活动及其矿产的赋存。断裂构造除北北东向断裂外，尚有东西向、北东向和北西向断裂，将断陷盆地分成许多小块，形成更次一级的断陷盆地。随着构造变动普遍接受了中生代以来的地层沉积。

全区属鲁西北泛滥平原和鲁中南中低山丘陵洪积扇地貌,地势南高北低,南部丘陵,中部平原,北部洼地。根据成因，分低山陵坡、洪积冲积平原和海岸地貌3个微地貌类型，16个微地貌单元。

地貌分布可分两大部分：

一是海拔5米以上的南部地区，占总面积的三分之二，自然比降1/500，多系洪积冲积而成的流水地貌。其中，海拔15米以上的泰沂山洪积扇尾倾斜平原，包括倾斜高平地、倾斜平地、潍河河谷平原、潍河天然堤、沿河阶地、缓岗等微地貌；海拔15米以上的泰沂山洪积扇尾倾斜平原，包括倾斜高平地、倾斜平地、潍河河谷平原、潍河天然堤、沿河阶地、缓岗等微地貌；海拔15米以下至5米以上，系由白浪河、虞河、潍河及大于河等河流冲积而成的冲积平原；在洪积扇尾与冲积平原交接处形成东西不连贯的交接洼地；冲积平原背部的高里镇有大面积冲积湖积形成的河间浅平洼地；河流的改道及泛滥形成冲积平原上的河滩高地；多数平坦地带为缓平坡地。

二是海岸地貌，海拔5米以下的滨海平原，为第四系全新统海退地带，地势低洼缓平，占总面积的三分之一自然比降1/5900。其中海拔3米以上为滨海缓平低地或浅平洼地；3米以下为滨海滩地；海拔1.2米为海岸线，为粉砂淤泥质海岸。