Izredno zapletena geološka zgradba idrijskega rudišča je posledica pestre in večkrat prekinjene sedimentacije ter intenzivnih tektonskih premikov.
Črni glineni skrilavec, alevrolit in siv drobnozrnat peščenjak so prav gotovo najstarejše kamnine na tem prostoru. Zaradi pogojev sedimentacije v teh plasteh ni fosilnih ostankov, tako da še danes nimamo zanesljivih dokazov o njihovi starosti. V srednji perm uvrščamo sive kremenove peščenjake grödenske facije, sledita pa zgornjepermski temnosiv dolomit in apnenec. Grödenski peščenjaki so v širši okolici orudeni z bakrom (Škofje nad Cerknim) in uranom (Gorenja vas).

Sedimentacija je na meji paleozoika in mezozoika potekala nepretrgoma. V spodnjem delu skitske stopnje se javljajo peščenosljudnati dolomiti ter apnenosljudnat skrilavec z lečami oolitnega apnenca, v zgornjem delu pa dolomiti in lapornati apnenci. Anizično stopnjo triasa zastopa drobljiv neplastovit dolomit. Usedline ladinijske stopnje so zaradi tektonskih premikanj izredno pestre.

V to stopnjo uvrščamo bituminozne skonca skrilavce, konglomerate, peščenjake, tufe in apnence. V širši okolici pa dobimo tudi prave magmatske kamnine. V spodnjem delu karnijske stopnje dobimo svetlosiv masiven dolomit ali črn plastovit apnenec bogat s fosilnimi ostanki. V srednjem in zgornjem delu te stopnje je ponovno močno zastopana klastična komponenta. Iz norijske in retijske stopnje poznamo le siv plastovit dolomit.

Jurske plasti so razvite šele v območju Trnovskega gozda. Južno in jugovzhodno od rudišča so na površini pogosti spodnje- in zgornjekredni apnenci, na katerih leži eocenski fliš, ki je najmlajša morska usedlina na tem območju. Na območju rudišča poznamo vsaj tri tektonske faze. Najstarejša zanesljivo ugotovljena tektonska faza, s katero je povezana tudi mineralizacija, je srednjetriadna. Tip deformacij te faze je radialno premikanje blokov, kar je povzročilo dvig dela terena nad morsko gladino, intenzivno denudacijo le-teh in nastanek debelih skladov klastičnih sedimentov v nastajajočih depresijah.

Triasni tektonski jarek je rekonstruiran od Vojskega do Rovt v dolžini 19 km. Tektonska premikanja je spremljala vulkanska aktivnost. Najbolj tipične poteze današnje geološke zgradbe tega prostora so posledica tektonskih dogajanj v starejšem terciarju, to je v času nastajanja Alp in Dinaridov. V tej dobi je zaradi stiskanja zemeljske skorje nastala velika polegla guba, ki se je zaradi pritiskov odtrgala in narinila na mlajše plasti. Najmlajša tektonska faza se je pričela v mlajšem terciarju in po nekaterih ugotovitvah traja še danes. V njej so se posamezni bloki ob močnih vertikalnih prelomih premaknili v horizontalni smeri od nekaj metrov do 2,4 km ob idrijskem prelomu.

Idrijsko rudišče je nastalo v srednjem triasu. Rudna telesa v predlangobardskih kamninah so epigenetska. Rudne raztopine so po globokih prelomih prihajale iz staljene zemeljske skorje in zapolnile razpoke ali pa nadomestile posamezne dele kamnin. V skonca plasteh (zgornji langobard) dobimo tudi singenetska rudna telesa. V času nastajanja teh plasti so se raztopine, bogate s Hg-hlapi, izlivale neposredno na morsko dno.

V idrijskem rudišču poznamo dva ekonomska rudna minerala, in sicer cinabarit in samorodno živo srebro. Cinabaritna rudna telesa se pojavljajo v vseh stratigrafskih horizontih od paleozoika do srednjega triasa, medtem ko dobimo ekonomsko zanimive koncentracije samorodnega Hg izključno v karbonskih plasteh.

S študijem geološke zgradbe in z globokim vrtanjem so v šestdesetih letih prejšnjega stoletja odkrili novo rudišče Ljubevč. To rudišče je severovzhodni podaljšek starega rudišča, ki se je ob idrijskem prelomu premaknilo za 2,4 km proti jugovzhodu.