桂阳地层总厚度为8835—13181.6米，有各类地层系10种，其中震旦系主要分布在县北泗洲山、塔山与和平的对面山一带，岩层厚度约21—105米；寒武系主要分布在白水、华山、泗洲山及和平的大源岭、桥市枫树、泗洲桃源、塘市黄家等地，岩层厚度300—2100余米；志留系主要分布在杨柳、白水、光明等地，岩层厚度870余米；泥盆系中统分布在泗洲山东西侧和十字、古楼、余田、燕塘、莲塘、泗洲、板桥、塘市、四里等地，其上统主要分布在塔山的南岭、毛塔低岭，厚度约140—660余米；石碳系主要分布在县西北部和县东南部，岩层厚度约110—270米；二迭系之下统主要分布在五寨山脉北段和桐木岭、东华山、打油岭等地，岩层厚18—195米，凄伤统龙潭组分布在金仙寨西北至天阳山西麓、博石岭周围、五寨山脉中段，是桂阳主要含煤地层，岩层厚度161—197米，其当冲组分布在天门山脉北段，坛山和东华山以北，厚度12—389米，三迭系主要分布在城郊乡三角寨西南，岩层厚度85—395米，白垩系分布在飞肖岭以南、理坪圩以北，岩层最大厚度1340米；第三系主要分布在银河乡、樟市水盘村和团结下竹中等地，岩层厚度20—70米；第四系为冲积残坡积层，主要分布在樟龙洞和贤江洞地带，厚度1.5—38米。