Des roches vieilles de 400 millions d'années qui, lors de la formation des montagnes, ont été plissées, poussées les unes sur les autres et transformées (métamorphisme) pour arriver à leur disposition et à leur répartition actuelles. Ainsi, dans la région de l'Hintertaunus, on trouve la formation de Bunte Schiefer (un sédiment formé dans une plaine fluviale) et la formation d'Hermeskeil (un sédiment formé dans la mer). Le quartzite du Taunus forme les hauteurs de la crête du Taunus et dans le Vordertaunus se trouvent les roches de la formation Kellerskopf (un sédiment marin), la métaandésite de Rossert, la métarhyolite de Wiesbaden (toutes deux des roches volcaniques) et la phyllite de Bierstadt (un sédiment marin). La phyllite de Bierstadt est la roche la plus ancienne de Hesse, datant d'environ 480 millions d'années. L'âge de ce schiste à fines feuilles, découvert dans le sous-sol de Wiesbaden en 1991 seulement, a pu être déterminé grâce à des restes de fossiles de plancton marin. Au niveau d'une zone de faille très marquée, la faille du Taunussüdrand, les anciennes formations rocheuses ont été repoussées à des profondeurs terrestres plus importantes. Elle se trouve à Wiesbaden à peu près au sud de la Parkstrasse et est orientée parallèlement à la crête du Taunus. Au sud de cette faille, les formations rocheuses sont recouvertes de sédiments marins du Tertiaire datant du Néolithique. Le forage le plus profond réalisé à ce jour à Wiesbaden sur le site des anciens abattoirs a rencontré la métarhyolite de Wiesbaden à une profondeur de 236 mètres. Ce décalage de plus de 200 m des anciennes formations rocheuses indique qu'au cours de la période géologique récente, un schéma compliqué de schistes s'est formé au niveau des glissements et des fractures transversales.

Les jeunes failles et zones de perturbation ont servi et servent encore de voies d'ascension pour les eaux chaudes depuis les grandes profondeurs de la croûte terrestre jusqu'à la surface de la terre. Les célèbres sources thermales et minérales de Wiesbaden sont également dues à la remontée d'eaux thermales profondes fortement salées. Les falaises rocheuses abruptes comme celles de Frauenstein et de la forêt près de Georgenborn ont également été formées par des eaux minérales. Des eaux thermales sont alors remontées dans de grandes fissures, d'où ont d'abord précipité de la barytine puis du quartz, le quartz remplaçant la barytine de telle sorte qu'il a repris sa forme cristalline (pseudomorphoses du quartz en barytine). Ces remplissages de fissures en quartz dur à pseudomorphoses et à chapeaux forment aujourd'hui les falaises rocheuses. Le filon de quartz du Neroberg et du Schulberg présente en revanche de grands blocs de quartz. C'est ici que jaillit la source du Schützenhof.

Le volcanisme basaltique près de Wiesbaden-Naurod au Erbsenacker est une particularité à mentionner. Deux cheminées basaltiques vieilles de 57 millions d'années ont été découvertes par les géologues. Elles sont interprétées comme des canaux d'extraction d'un volcan qui avait formé deux cratères volcaniques entourés de cônes de cendres et de coulées de lave. Le déplacement des anciennes formations rocheuses du Taunus le long de la faille du Taunusrand remonte à la phase de formation du fossé du Rhin supérieur. Avec l'affaissement de la croûte terrestre à l'intérieur de cette zone de fossé, de nouveaux espaces de sédimentation se sont formés, comme par exemple le bassin de Mayence, dans lesquels la mer a pu pénétrer à plusieurs reprises. Cela s'est fait en partie par le sud à partir de la Méditerranée "primitive", la Téthys, et en partie par le nord à partir de la mer du Nord paléo, dont la ligne côtière se trouvait alors à peu près à la hauteur de Cassel. La première avancée maritime, de courte durée, s'est produite il y a environ 33 millions d'années et est attestée dans le sous-sol par un forage de 170 m de profondeur près de Wallau. La deuxième avancée marine, très étendue et de longue durée, s'est produite il y a environ 30 millions d'années. L'argile de Rupel (formation de Bodenheim), avec ses fossiles riches et très variés de protozoaires (foraminifères), de crustacés (ostracodes) et de restes de poissons, témoigne d'une mer entièrement marine déposée dans des zones calmes un peu plus profondes. Ensuite, la mer s'est progressivement retirée et les argiles et limons riches en mica des marnes à cyrène (d'après le fossile Cyrena d'un coquillage) montrent une nette influence de l'arrière-pays du Taunus, mais aussi une faune de mollusques (mollusques) très bien conservée à Igstadt.

La région de Wiesbaden se situait alors à peu près au niveau de la Sicile. Le climat subtropical à tropical permettait la formation croissante de calcaire dans le bras de mer désormais peu profond. Celles-ci sont documentées dans ce que l'on appelle le tertiaire calcaire. Dans une lagune peu profonde et bien éclairée, des calcaires et des marnes d'une grande richesse en fossiles se sont déposés. Cependant, la mer résiduelle était de moins en moins connectée aux mers du monde de l'époque. Dans ces conditions particulières, des récifs d'algues se sont formés, mis à jour dans la carrière de Dyckerhoff, dont les premiers parents (appelés stromatolithes) étaient les tout premiers fossiles de notre planète, il y a 3,65 milliards d'années. En raison du retrait progressif de la mer, l'eau de mer s'est progressivement adoucie grâce aux affluents, de sorte que ces différentes conditions de vie se reflètent dans la composition des communautés fossiles. Cependant, les sédiments de la zone urbaine de Wiesbaden sont également caractérisés par des produits d'érosion riches en sable quartzeux provenant du Taunus (faciès marginal sans calcaire), qui s'imbriquent avec les sédiments marins riches en fossiles. Finalement, le bassin de Mayence s'est asséché et seuls des sédiments fluviaux se sont déposés. Au cours de l'ère tertiaire, le sous-sol du fossé du Rhin supérieur septentrional, y compris sa couche de sédiments tertiaires, s'est abaissé jusqu'à 2000 mètres. À l'ouest de la perturbation marginale Grünstadt - Nierstein - Hofheim, les couches du bassin de Mayence sont restées "accrochées" entre le Taunus et la forêt du Palatinat, de sorte qu'elles sont aujourd'hui relativement proches de la surface et peuvent être facilement observées, par exemple dans la carrière de Dyckerhoff et dans la carrière de Weisenau à Mayence (aujourd'hui Geopfad). Depuis la fin du tertiaire et au quaternaire, le paysage actuel s'est formé : par le soulèvement des montagnes du Taunus, par la formation de vallées (incision des fleuves et des rivières) et par la propagation de grands systèmes fluviaux du Rhin et du Main dans les avant-pays (abaissement des avant-pays du sud). Il y a 800 000 à 500 000 ans, le Main a déposé près de Wiesbaden de grandes quantités de sables et de graviers, les sables de Mosbach. Leur richesse en fossiles est célèbre. Après le dépôt des sables de Mosbach, le Main a déposé un corps de gravier qui, à une altitude moyenne de 140 m au-dessus du niveau de la mer, marque le paysage de la région de Wiesbaden avec sa surface de terrasse largement plane. Cette surface s'étend à l'est d'Erbenheim presque jusqu'à l'église du Ring et loin vers le sud par Fort Biehler et du deuxième Ring par le Gräselberg jusqu'au nord de Schierstein. Ensuite, le Rhin et le Main ont continué à entailler l'ancienne plaine fluviale jusqu'à sa profondeur actuelle.

Au cours de la dernière période glaciaire, l'époque du Würm, les tempêtes de la saison froide ont expulsé les matériaux fins des plaines fluviales pauvres en végétation, qui se sont déposés sous forme de lœss à l'abri du vent sur les reliefs. Le lœss est un sédiment calcaire transporté par le vent depuis les lits de gravier des grands fleuves périodiquement asséchés. Au-dessus des dépôts plus anciens dans la région du Rheingauer Feld (Mosbach-Sande), il forme une couverture presque fermée et continue. Les profils de lœss de Wiesbaden contiennent en général plusieurs sols fossiles qui y apparaissent, ce qui permet une répartition relative des âges. D'après ces données et d'après quelques datations absolues (géophysiques), les lœss de Wiesbaden appartiennent principalement à la période récente du Pléistocène et donc à la dernière période froide (glaciaire de la Vistule ou du Würm). Il est rare de trouver des os ou des dents de mammouths, de chevaux sauvages ou d'autres grands mammifères dans le lœss. C'est encore à l'époque de l'alluvionnement du lœss que remonte un campement de chasseurs de chevaux de l'époque glaciaire situé sur un versant de lœss et datant d'environ 32.000 ans, que Thomas Terberger a pu mettre au jour près de Wiesbaden-Igstadt. Dans les carrières de Dyckerhoff GmbH sur le Rheingauer Feld à l'est de la ville, on a trouvé dans le lœss de nombreux terriers de marmottes des steppes (Marmota bobak) de l'époque glaciaire, parfois avec des restes de squelettes d'animaux. En raison de sa composition et de sa structure, le lœss porte des sols très fertiles qui mériteraient d'être mieux protégés contre les constructions.