Về mặt địa chất, Birmingham chịu chi phối từ đứt đoạn Birmingham chạy chéo qua thành phố từ vùng đồi Lickey tại tây nam qua Edgbaston và Bull Ring, đến Erdington và Sutton Coldfield tại đông bắc. Về phía nam và đông của đứt đoạn, mặt đất phần lớn là đá bùn Mercia mềm hơn, rải rác các thành lớp đá cuội bunter và có các thung lũng sông Tame, Rea và Cole cùng các chi lưu của chúng cắt ngang qua. Về phía bắc và tây của đứt đoạn, cao hơn khu vực xung quanh từ 46 đến 183 m và nằm dưới phần lớn trung tâm thành phố, có một dãy dài sa thạch Keuper cứng. Đá nền bên dưới Birmingham chủ yếu được định hình trong giai đoạn Permi và Trias.