I Frederiksberg Kommune består den øverste del af de prækvartære lag, dvs. de lag som er ældre end 2,6 mio. år, af København Kalk fra Danien. Under de op til 40 m tykke lag af København Kalk ligger lag af skrivekridt fra Kridttid. Såvel skrivekridtet som København Kalken blev aflejret i et hav, der dækkede hele Danmark. Lagene gennemskæres af den nordnordvest-sydsydøstorienterede Carlsberg Forkastning, som i Frederiksberg Kommune løber fra Søndermarken til Grøndalsengen. Netop i Grøndalsengen i den nordlige del af kommunen blev der 1893‑1907 foretaget den såkaldte Grøndalsboring. Den 860 m dybe boring, som gik gennem lagene fra Danien og Kridttid, er en af de ældste, dybere boringer, som er foretaget i Danmark.
De prækvartære lag dækkes af istidsaflejringer. I et snit gennem Frederiksberg Bakke har man fundet to lag af moræneler. Det nederste lag bestod af et ravpindelag samt opbrudte rester af moræneler, smeltevandsler og -sand, der formentlig er tektonisk påvirkede. Stedvis i bakkens overflade findes der desuden smeltevandssand.
Kommunen indvinder grundvand fra kalklagene.
