I det meste af Vallensbæk Kommune ligger toppen af de prækvartære lag, dvs. de lag, som er ældre end 2,6 mio. år, i dybder på blot 1‑2 m. I nord består de øverste dele af ca. 50 m tykke lag af kalksten fra Danien, mens de i syd består af skrivekridt fra Kridttid. Ude ved kysten overlejres skrivekridtet af 10‑15 m tykke lag af kalksten fra Danien.
Oven på de prækvartære lag findes tynde lag af moræneler og smeltevandssand, som blev aflejret af is og smeltevand i slutningen af sidste istid. Langs Store Vejleå findes desuden sand, ler og tørvelag, mens der ved åens udmunding i Strandparken findes havaflejringer af sand og grusede strandvolde. Disse aflejringer stammer alle fra tiden efter sidste istid.
Kommunen indvinder grundvand fra lagene af danienkalk og skrivekridt.