Zwenkau befindet sich regionalgeologisch im Bereich des Nordwestsächsischen Tertiärgebietes. Die kristalline Basis (Grundgebirge) wird durch mesozonal-metamorphe Serien des nordsächsischen Sattels und marinen Abfolgen des Zechsteins und des Buntsandsteins gebildet. Diese räumliche Nähe stratigraphisch und petrographisch höchst unterschiedlicher Serien wird durch die Röthaer Störung bewirkt, an deren Nordflanke das Kristallin des Nordsächsischen Sattels kippschollenartig angehoben ist.