Ş.Karahisar ilçesinde Oligoseu-Miyosen kalın tabakalar halinde geniş yer kaplar. İlçenin güney ve güneydogusunda Kale, Kuzeyinde Demircilik Kayısı, Kuzeybatısında Öksürük Kayısı, ile güneybatısında bulunan Dikmen Tepesi bazik mağmatik bazaltlardan meydana gelmiştir. Akbayır Köyünde Synorijen granit ile gronodioritler, Eskiköy Kuzeyinde Siyonit, Şaplıca Köyü ile Gülpınar Köyü arasında asitli tüfler mevcuttur. Şehrin doğusunda kuzeydoğudan güneybatıya doğru uzanan ve Bayramköy civarında nisbeten genişleyen genellikle dar Şehirsuyu Vadisi boyunca Kuaterne de oluşmuş alüvyon, vadinin her iki tarafında bilhassa güneydoğusunda geniş oligosen arazilere tesadüf edilir.

Ş.Karahisar’ın kurulduğu yer, zamanla kayaların parçalanması ile meydana gelmiş kum-çakıl yığınları ile kaplıdır. Burda sağlam toprak, zemin derinliklerinde kalmıştır. Bu şekilde yerleşmemiş bir toprak üzerinde kurulan Anadolu’nun kuzeyinde İzmit’ten Erzincan’a kadar uzanan büyük kırılın doğrusunun üzerinde bulunan Ş.Karahisar ilçesi memleketimizin depreme en çok uğrayan bölgelerinden biridir.