沁水盆地位於山西省東南部，自古元古代山西陸台形成，到古生代廣泛海侵，本區沉積了前寒武系，寒武系，加里東運動本區隆起，就缺失上奧陶統，志留系，泥盆系，下石炭統地層。
沁水盆地地質構造圖
沁水盆地為中生代末形成的構造盆地：
元古宇、
太古宇為盆地基底；古生界、中生界組成盆地的構造層，包括
震旦系（屬元古宇晚期地層），寒武系，
奧陶系下、中統，上石炭統，二疊系，
三疊系及局部殘存的
侏羅系；
新生界不整合覆蓋於盆地之上。盆地最深處奧陶系頂面深約2500米。主要層系以及礦產如下：
太原組由海陸交替相
砂岩、泥岩、石灰岩和煤層組成，組厚50~150米。一般含煤層7~10層，其中3~5層可采，可採煤層總厚度4~10米，北厚南薄。
山西組：由
陸相及濱海相砂岩、泥岩夾煤層及薄層石灰岩組成，組厚40~110米。含煤層3~6層，其中2~4層可采，可採煤層總厚度2~7米。
下石盒子組：由陸相砂岩、泥岩，底部夾煤線1~2層緩成，組厚90~214米。
沁水煤田煤炭資源量約300Gt,1989年底已探明煤炭儲量86Gt，佔全國9.58%，在尚未探明的預測煤炭資源中，絕大部分屬可靠級，且埋深大部分小於1000米。
煤種以無煙煤為主，東、西、北邊緣部分的淺部，有少量
焦煤、
瘦煤和
貧煤，煤田的深部全為無煙煤。煤大部分屬中等灰分，低一高硫分。陽泉煤是優等高爐噴粉、可燒結用煤；
潞安為主焦煤和瘦煤。在
煤系底部和下部，含多層
黃鐵礦，部分區段達工業品位可以提煉
硫磺、製造
硫酸；煤系下部還含數層
鋁土岩、粘土岩。