La région de Chablis est particulièrement escarpée, avec un relief pentu, entrecoupé de nombreux vallons.
Recouvert par la mer jusqu'à l'ère secondaire, le sous sol de Chablis regorge de sédiments marins et d'huîtres fossilisés (Exogyra-Virgula), en forme de virgule.
Les sols, très riches en minéralité De nature argilo-calcaire, sont datés du Jurassique et présente trois étages géologiques : du plus ancien au plus récent : l'oxfordien, le Kimméridgien et le Portlandien.

Les Chablis Grands Crus, Chablis premiers crus et une partie du Chablis AC sont situés sur le Kimméridgien, composé d'argiles calcaires, de marnes et de calcaires marneux.
Le reste du vignoble, lui est sur le Portlandien, composé de calcaires durs et compact, à grain très fin et peu d'argile.