I Fredensborg Kommune ligger toppen af de ældste, prækvartære aflejringer 60‑70 m under jordoverfladen. De består overvejende af kalk fra Danien, om end der i ca. 60 m’s dybde syd for Fredensborg også findes mindre områder med grønsandskalk fra Selandien. Under disse lag findes skrivekridt fra Kridttiden. Aflejringerne gennemskæres af store forkastninger, som bl.a. afgrænser Esrumdalen. Forkastningerne går i en sydøstlig retning og når helt over til Skåne.
Ellers er det meste af kommunen dækket af moræneler med lag af smeltevandssand, -grus og -ler fra sidste istid. Mod slutningen af istiden steg havniveauet, og på bunden af det fremvoksende Yoldiahav (Ishavet) blev der aflejret issøler, som i dag kan genfindes ved Nivå.
Aflejringer fra det senere Littorinahav (Stenalderhavet) findes mange steder langs Øresundskysten fra Espergærde til syd for Nivå ved Kokkedal. Aflejringerne består især af sand og grus, og pga. en efterfølgende landhævning ligger de i dag 5‑6 m.o.h.
Grundvand indvindes overvejende fra danienkalk samt fra lag af smeltevandssand og -grus.
