Geológia okolia Banskej Bystrice nesie všetky typické črty stavby Západných Karpát. Vystupujú tu masívy kryštalinického podložia (ďumbierske a veporské kryštalinikum), mladopaleozoické a mezozoické sedimenty jeho obalu, kompletný sled príkrovových jednotiek (krížňanský príkrov, chočský príkrov, príkrov Drienku, šturecký príkrov), sedimentárne útvary a vulkanické komplexy terciéru a pokryvné útvary kvartéru.

Tatridná časť kryštalinika v Nízkych Tatrách sa zväčša delí na pásmo ďumbierske a kryštalinikum Starých Hôr. Kryštalinikum tatrika tvoria hlavne granitoidy, pararuly, migmatity, amfibolity, migmatitické ortoruly a i. Obal tatridného kryštalinika tvoria permské (narp. špaňodolinské súvrstvie s fialovými pieskovcami a zlepencami i s polohami anhydritu) a mezozoické sedimenty (donovalská séria, séria Červenej Magury). Tatrikum ďumbierskeho pásma sa pozdĺž tzv. čertovickej línie (výrazný zlomový systém) stýka s veporikom, ktoré je tvorené kryštalinikom krakľovského a kráľovohoľského pásma. Krakľovské pásmo veporika je pozdĺž čertovickej línie nasunuté na ďumbierske pásmo tatrika. Kryštalinikum veporika má vcelku nižší stupeň metamorfnej premeny, hlavne v dôsledku výraznejšieho mladšieho (alpískeho) prepracovania (diaftorézy) a zbridličnatenia (najmä fylitické a svorové horniny). Mezozoické série veporika tvoria sčasti obalové, sčasti odlepené (príkrovové) jednotky charakterizované silným metamorfným a deformačným postihom (jednotka Veľkého Boku, heľpianske mezozoikum, mýtňanské mezozoikum, osrblianske mezozoikum, mezozoikum Chvatimechu, lučatínska séria s jednotkami Driekyne, Farbišťa a Hútnej a i.). Celá štruktúra kolíznej zóny tatrika a veporika sa sformovala v období vrchnokriedového orogénu.

Vrchnokriedovým orogénom sa sformovala aj najväčšia jednotka Západných Karpát, t.j. krížňanský príkrov, ktorý bol vyvrásnený z kolíznej zóny tatrika a veporika. Tvoria ho hlavne mezozoické súvrstvia odlepené zo svojho substrátu a presunutý na spodnejšie jednotky tatrika. Táto jednotka (pomenovaná podľa vrchu Krížna) tvorí veľkú časť územia severne od Banskej Bystrice (klasický odkryv zvrásnených vrchnojurských a spodnokriedových vápencov na Urpíne), a to v oblasti Kostiviarskej, Jakuba, Tajova, Riečky, Starých Hôr, Predného a Pánskeho Dielu, ale aj Moštenice, Hiadľa a inde. Typickými členmi tejto jednotky sú napr. vrchnotriasové vápence s lastúrnikmi a koralmi (rét), vrchnotriasové pestré súvrstvie bridlíc, pieskovcov a evaporitov (tzv. keuper), vrchnojurské kalové vápence, spodnokriedové slienité vápence a slieňovce a pod. Vyšším príkrovom v stavbe tektonických jednotiek je chočský príkrov typický prítomnosťou permských vulkanitov (melafýry pri Šálkovej a Slovenskej Ľupči) a hrubých komplexov dolomitov, nad ktorým ešte miestami ležia relikty príkrovu Drienku (okolie Poník a Ponickej Lehoty) a štureckého príkrovu.

Príkrovovú stavbu centrálnokarpatských jednotiek prekrývajú post-orogénne formácie paleogénu (napr. pri Priechode a Ľubietovej) a neogénu, ktorý charakterizovala hlavne mohutná vulkanická činnosť v areáli Štiavnických vrchov, Kremnických vrchov, Pohronského Inovca a Poľany.