I Esbjerg Kommune stammer de prækvartære aflejringer, dvs. lag, som blev afsat før istiderne, fra Miocæn og består af fedt, mørkt ler samt hvidt og rødbrunt sand, som blev aflejret i havet. Leret er blottet i bl.a. Esbjerg, lergraven ved Måde og sydpå mod Ribe, mens sandet kan ses i Marbæk Klint nord for Esbjerg. Omkring Esbjerg ligger de miocæne aflejringer højt, mens de mod syd først optræder fra dybder på ca. 100 m.
I 70‑80 m’s dybde finder man de ældste istidslag, som består af smeltevandssand og moræneler fra istiden Elster. De er overlejret af havaflejringer af gråt sandet ler fra Sen Elster og mellemistiden Holstein. I bakkeøerne findes aflejringer af moræneler samt smeltevandsler, -sand og -grus fra istiden Saale, og omkring Esbjerg og Forumlund ligger der mere end 140 m tykke smeltevandsaflejringer i en dalstruktur i de miocæne aflejringer. Mellem bakkeøerne findes mindst 25 m tykke lag af smeltevandssand og -grus fra sidste istid, Weichsel.
Langs kysten kan man finde organiskholdigt, fint sand, silt, ler og tørv, som siden sidste istid er blevet aflejret i marskområderne fra Tjæreborg til Vester Vedsted og videre sydpå. Ved Ribe strækker aflejringerne sig langt ind i land. På Mandø findes desuden op til 75 m tykke hav- og marskaflejringer samt udbredte flyvesandslag i op til 5‑10 m’s tykkelse. Ferskvandsaflejringer kan man finde langs bl.a. Kongeå, Fladså og Sneum Å samt i moser som Fæsted Mose og i landskabets talrige lavninger. Der indvindes grundvand fra lagene af smeltevandssand og -grus.
