Về địa chất, CVĐC Lạng Sơn phân chia thành 12 giai đoạn phát triển với 24 phân vị hệ tầng từ kỉ Cambri đến nay. CVĐC Lạng Sơn được tạo thành từ 3 đới cấu trúc chính: Khối đá vôi Bắc Sơn, võng chồng sông Hiến, võng chồng An Châu. Ngoài ra còn những vùng bồn địa được hình thành trong quá trình đứt gãy sâu Cao Bằng – Tiên.

Cuối Trias sớm - đầu Trias giữa xuất hiện võng chồng An Châu do quá trình chuyển động của các khối tảng đới Đông Triều - Cẩm Phả. Về kiến tạo, Bồn An Châu là cấu trúc được lấp đầy bởi các trầm tích và phun trào có tuổi Mesozoic và ít trầm tích Kainozoi phủ trên, tạo móng Paleozoic.

      Điểm đứt gãy xuyên thời gian nằm trên con đường dài hơn 15km từ chân núi lên đỉnh núi Mẫu Sơn, nơi có những dãy núi đá vôi có vết trượt dài.

      Trên taluy đường lộ ra những tập đá cát kết, bột kết, sét kết, đôi chỗ cuội kết, luân phiên, phân lớp trung bình đến dày. Thế nằm các tập đá thay đổi, chủ yếu cắm về phía Nam-Tây Nam, cho biết Dãy núi Mẫu Sơn là bộ phận của một phức nếp lõm lớn - Võng chồng nguồn rift An Châu. Phức nếp lõm này hình thành từ khoảng hơn 200 triệu năm trước, nhưng nhiều triệu năm sau vẫn tiếp tục hoạt động dưới dạng những vũng, vịnh ven biển, đầm phá nước lợ - nước ngọt nhỏ hơn, thậm chí cả những đợt phun trào núi lửa rầm rộ sau khi toàn bộ khu vực trở thành lục địa. Hơn nữa, mặt cắt địa chất kể trên đôi chỗ, như ở vị trí quan sát cho thấy phức nếp lõm này còn bị đứt gãy sâu Cao Bằng - Tiên Yên cắt và làm dịch trượt.