Bingöl ili'nin en eski jeolojik oluşukları, güneyde yer alan paleozoik (I. Zaman) yaşlı başkalaşım kütleleridir. Çoğunlukla mikaşist ve gnayslardan oluşan bu kütleler kırılarak daha güneyde görülen Tersiyer (III. Zaman) oluşuklarını örtmüştür. Özellikle Genç ilçesi yakınında başkalaşım kütleleri yer yer aswit karakterli mağmatik kütlelerle kesilmiştir. Çoğunlukla düzensiz bir yayılım gösteren bu mağmatik kütleler ilin güneyinde görülür.

Bingöl ilinin büyük bir bölümü ise bazaltlar (mağmatik kütle) ile kaplıdır. İlin kuzeydoğusuna doğru, Karlıova yöresinde bazaltların yerini, yine bir mağmatik kütle olan andezitler almaktadır. Yer yer Neojen (III. Zamanın son sistemi) yaşlı sedimanter kütleler bu volkanik kütlelerin üzerini örtmüştür. Bu durum özellikle Solhan ve Göynük çevresinde görülmektedir.

Kuaterner (IV. Zaman) yaşlı alüvyonlar Murat ırmağı vadisi boyunca görülür. Bu tortullar Bingöl ve Genç havzaları tabanında yaygındır. Havzaların yakın çevresinde, daha derinde bulunan eski alüvyonların üzerinde, bir örtü biçiminde yeni alüvyonlar görülmektedir. İl ve çevresinde Alpin tektoniğinin (yer içi güçler nedeniyle ortaya çıkan olaylar) özellikleri görülmektedir.

Bingöl,birinci derece deprem kuşağında yer almaktadır.Bugüne kadar yörede ,tüm ili kapsayan ve Türkiye'nin başlıca fay kuşaklarından biri olan Doğu Anadolu Fayı'nın neden olduğu şiddetli depremler olmuştur.Bunun en önemlisi 22 Mayıs 1971 de meydana gelen ve 906 kişinin ölümüne yol açan Bingöl Depremi'dir. Ayrıca Karlıova ilçesinden Kuzey Anadolu Fay Hattı da geçmektedir.