I den nordlige del af Lejre Kommune består de prækvartære lag, dvs. lag ældre end istiderne, af bryozokalk fra Danien, der ligger i 50‑60 m’s dybde. Mod syd består de af grønsandskalk og ler fra Sen Paleocæn, der ligeledes ligger i 50‑60 m’s dybde.
De ældste istidslag er moræneaflejringer fra næstsidste istid, Saale, der ofte ligger i dale. Disse overlejres af moræneler samt smeltevandssand og -grus fra sidste istid, Weichsel. De øverste lag i den sydlige del af kommunen domineres af moræneler, mens de på Hornsherred domineres af smeltevandssand og -grus. Ved Skullerupholm har der tidligere været en stor forekomst af ler aflejret i en issø i Weichsel.
Ferskvandsaflejringer fra efter istiden er udbredt langs åer. Ved Vintre Møller findes tykke lag af kildekalk, mens der ligger havaflejringer langs kysterne i Roskilde Fjord, Bramsnæs Bugt og Tempelkrog. Kommunen indvinder grundvand fra lagene med bryozokalk, grønsandskalk og fra smeltevandssand og -grus.