云冈石窟地处大同煤田北部，大地构造位于华北地台北部边缘云冈块坳中。其岩性特征为：集宁群右所堡组主要由一套经历中深-深度变质作用，普遍遭受不同程度混合岩化的变质岩组成。寒武系-奥陶系：主要为一套碳酸盐岩(灰岩及白云岩)组成。石炭系-二叠系-侏罗系：主要为一套水陆交互相的砂岩、泥岩及煤层组成。其构造主要为云冈向斜，主向斜轴呈北东40 °左右，其向斜北西翼宽缓，地层倾角平缓。区域性断裂构造主要有口泉断裂带和竹林寺断裂。区内岩浆岩活动不发育。云冈石窟前为十里河一级阶地、漫滩及河床，顶部及其以北属低山丘陵，地形起伏不大，总体北高南低。在第4、5窟问及第10窟附近分布两条较大冲沟，石窟顶部及其以北地表大面积被含砾亚砂土松散层覆盖，覆盖层厚度约3～5m。云冈石窟所在巨厚层长石石英砂岩透镜体中见有二组节理较发育。在第二窟中见有一个小泉水出露，流量5L/min。石窟坐落的砂岩透镜体中地下水位埋深、水量和具体径流条件不清楚。据1990年晋华宫矿地质资料：十里河床中含孔隙水，静水位埋深0.65m，单位出水量2.59L/(s·m)，富水性较好，2001年在该区进行水源勘探时，发现该层已不含水，变为含水透水层。砂岩中含裂隙水，水位埋深11.30～24.40m，单位出水量0.026～0.374L/(s·m)，富水性较差。