Bornholms geologi fremviser bjergarter og aflejringer fra helt andre og ældre geologiske perioder, end tilfældet er i det øvrige Danmark. Mod nord er øen domineret af prækambrisk grundfjeld bestående af gnejser og granitter, mens den lavereliggende sydlige del af øen præges af nedre palæozoiske skifre og sandsten. En bræmme langs kysten mod sydvest er præget af overvejende løse, uhærdede aflejringer af ler og sand fra de mesozoiske perioder Jura og Kridt, samt kalksten fra Kridt. Som i resten af Danmark er undergrunden på Bornholm dækket af kvartære istidsaflejringer i form af moræner og smeltevandsaflejringer, som dog mange steder, særligt i det højtliggende grundfjeldsområde mod nord, er ganske tynde.
Som følge af de særlige geologiske forhold har man gennem tiden kunnet udvinde en række forskellige råstoffer, som ikke kendes fra det øvrige Danmark, fx granit, ildfast ler og kaolin. Det meste af denne råstofudvinding er i dag indstillet, men der brydes stadig granit på øen.