I Vejle Kommune stammer de aflejringer, som blev afsat i tiden før istiderne, fra Eocæn, Oligocæn og Miocæn og kan bl.a. ses i kystklinterne ved Brejning Hoved og Hvidbjerg på sydsiden af Vejle Fjord. Derudover findes der tykke lag af havaflejringer fra Miocæn i den vestlige del af kommunen. Lagene består af sand og ler, og ved Vandel og omkring Egtved og Jelling når de en tykkelse på mere end 200 m.
Ferskvandsaflejringer fra mellemistiden Holstein findes i den sydlige del af Vejle, men ellers dækkes kommunen af aflejringer, som er afsat under de efterfølgende istider, Saale og Weichsel. På Grindsted Hedeslette i vest består de af 15‑30 m tykke lag af smeltevandssand og -grus. Tykke sandlag findes også i Vejle Ådal, ligesom der både her og i Grejsdal ligger tykke lag af smeltevandsler. Moræneler er udbredt i hele kommunen, og både nord og syd for Vejle Ådal kan man finde 25‑50 m tykke lag af moræneler, som er aflejret af flere isfremstød i løbet af sidste istid.
Aflejringer fra tiden efter sidste istid findes bl.a. langs Vejle Fjord i form af havaflejringer, mens der i Vejle Ådal samt i talrige andre lavninger og vandløb findes ferskvandsaflejringer. Der indvindes grundvand fra det miocæne sand og fra smeltevandssandet og -gruset.