胶州湾位于鲁北隆起之海阳-高密坳陷和胶南隆起的过渡带，太古代以来长期处于稳定上升，剥蚀夷平过程中，随着中生代以来胶东断陷盆地不断沉降，在前震旦系生麻岩基底上沉积一套火山岩系，火山碎屑岩系和沉积碎屑岩系，主要出露的有太古界，元古界，侏罗系，白垩系和第四系，红石崖以主要为变质岩，海湾北部，西北部以碎屑沉积岩为主。