河北省的主体位于华北地台区，北部康保围场断裂以北属天山兴安岭造山带，早古生代是华北北部大陆边缘的一部分。基岩主要沿北部燕山山脉和西部太行山脉出露，东南部的华北平原广泛为新生界覆盖。冀东迁安的曹庄群和迁西群是中国最古老的岩系之一，前者的锆石UPb年龄达37.2亿～36.5亿年，属始太古代，是一套由英云闪长质、花岗闪长质、奥长花岗质和较少镁铁质杂岩组成，夹变质火山岩、条带状含铁建造和其他变质沉积岩，为经历了麻粒岩相变质作用的TTG岩系。中、新元古界的长城系、蓟县系和青白口系稳定型浅海沉积不整合覆于其上，代表华北地台的第一套盖层沉积。寒武系、奥陶系浅海碳酸盐岩呈席状分布，岩相和厚度都十分稳定。其中冀东是华北上寒武统各组的典型剖面所在地。晚奥陶世至早石炭世地台抬升，缺失沉积。石炭二叠系为含煤层系。中生代地台活化，产生强烈的岩浆活动和构造变形，燕山山脉既是中生代板内造山的产物，也是燕山运动的命名地。晚侏罗世开始的火山活动向北可影响到内蒙古南部造山带范围内。新生代的汉诺坝玄武岩中含大量幔源捕虏体，为岩石圈的组成和演化提供了宝贵的信息。斜贯全省的太行山断裂带与中国东部的重力异常梯度带及地壳厚度陡变带一致，从东向西莫霍面陡降了3～5千米。太行山急剧抬升，以东剧烈沉陷，新生代形成了广袤的华北平原。省内近代地震活动频繁，1966～1976年期间在邢台(M 7.2)、唐山(M 7.8)等地发生的强烈地震造成了严重的伤亡和破坏。