To diapirer af stensalt fra Perm ligger ca. 300 m under Viborg Kommunes overflade. Tostrup Saltdiapir ligger på grænsen til Vesthimmerlands Kommune, mens Mønsted Saltdiapir findes vest for Viborg. Over saltet ligger skrivekridt fra Kridttid, kalksten fra Danien og ler fra Paleocæn, Eocæn, Oligocæn og Miocæn. Begge diapirer har presset undergrundens lag op i en bule. Den danienkalk, som i dag kan ses i kalkminer og kalkgrave ved Mønsted og Daugbjerg, er eksempelvis presset op af Mønsted Saltdiapir.
I den nordlige del af kommunen findes desuden havaflejringer fra Sen Oligocæn og Tidlig Miocæn, mens der mod syd findes ferskvands- og floddeltaaflejringer fra Miocæn.
I en stor del af kommunen findes op til 100 m tykke lag af smeltevandsler fra istiden Elster. Nord for Hovedstilstandslinjen findes moræneler og -sand samt smeltevandssand og –grus fra den sidste istid, Weichsel. På Karup Hedeslette sydvest for Hovedstilstandslinjen findes 50‑75 m tykke lag af smeltevandssand og -grus, som også blev aflejret under sidste istid.
Siden sidste istid er der langs kysten af Hjarbæk Fjord aflejret marint sand og ler, der kan følges ind i Skals, Simested og Fiskbæk Ådale. Langs kommunens talrige åer findes ferskvandsaflejringer fra tiden efter sidste istid.
Grundvand indvindes fra lagene af smeltvandssand og -grus samt fra det dybereliggende sand fra Miocæn.
