①冶里组(O1y)的下部以浅灰、灰白色巨厚层细晶灰岩为主；上部为深灰、灰黑色中层厚层灰岩，夹浅黄色含白云质条纹灰岩、竹叶状灰岩及钙质页岩。本组厚度在46~93m。
②亮甲山组(O1l)下部为灰黑色厚层巨厚层含燧石条带或团块灰岩夹中层泥质条纹灰岩、竹叶状灰岩及少量白云质灰岩、页岩；上部以灰、黑色中层白云岩，含灰质白云岩及黏土质白云岩为主，普遍含燧石团块或燧石条带；顶部白云岩局部为角砾状。本组厚度为168~252m。
(2)中奥陶统(O2)
本统广泛分布于西山，如双石头、青白口、苇子水一带，蒲洼、长操北、鲁家滩一带，呈北东向带状分布。在下苇甸、灰峪及周口店西、南窖一带也有分布。
本统中部普遍发育一层角砾状灰岩，据此可分为下马家沟组和上马家沟组。每组各构成一个明显的沉积韵律。韵律下部为角砾状灰岩；中部则以灰岩和豹皮灰岩为主；上部为白云质灰岩与深灰色灰岩互层。
①下马家沟组(O2x)一般厚200m，柳林子、千军台、色树坟至南辛房一带厚度较大，向南显着变薄为80~125m。含头足类和腹足类化石。
②上马家沟组(O2s)的厚度以柳林子、千军台至南辛房一带较大，向四周剥蚀程度增加，厚度较薄，西部双石头等地全部被剥蚀而缺失。色树坟厚182m，一般厚约200m。含阿门角石和链角石等化石。
4.上古生界
北京上古生界包括中石炭统、上石炭统、下二叠统、上二叠统。没有泥盆系和下石炭统沉积。
上古生界沉积的特点，即从中石炭统海陆交替逐渐过渡到陆相沉积。主要岩石有砾岩、砂岩、页岩、泥灰岩及煤层。总厚度约为300~500m。这时期产有大量生物化石：纺锤虫、有孔虫、腕足类及植物等。沉积矿产有赤铁矿、褐铁矿、铝土矿、耐火黏土及煤矿。上古生代是一个重要的煤和沉积矿产的生成时期。
上古生界主要分布在西山，如百花山、髫髻山南坡、九龙山及香峪大梁周围等地，周口店猫耳山一带、淤白及瓦窖附近也有零星出露。它的分布基本上与奥陶系分布区相同，仅在庙安岭、髫髻山和妙峰山以北被侏罗系掩盖，未见出露。
1)石炭系
(1)中石炭统——本溪组(C2b)
岩性以海相灰绿色页岩为主，局部夹砂岩含砾，往往夹有煤线1~2层，一般不可采。
中上部夹有泥灰岩1~4层，保存有丰富的海相动物化石；底部普遍见有红色风化壳，常见有底砾岩和鸡窝状“山西式铁矿”。
下部泥质岩区域性变质作用较明显，岩石中含有大量的硬绿泥石晶体和少许的绢云母，靠近底部变质成绿泥石角岩。在接近房山花岗闪长岩体处变质甚深，如羊耳峪北到车场村和太平山一带，出现红柱石角岩(俗称“菊花石”)、绢云母板岩、片岩，煤层变质成土状石墨。在红山口、郝家房和白家疃一带也可见到“菊花石”。
本组岩性较稳定，但厚度变化较大，从40~85m。与下伏奥陶系呈假整合接触。富含腕足类、蜒类和植物化石。
(2)上石炭统——太原组(C3t)
属于海陆交互相，以灰黑、黑色粉砂岩及页岩为主，夹有细砂岩、薄层泥灰岩1~2层，泥灰岩中有海相动物化石纺锤虫、厚壁珊瑚及海百合茎等。上部夹有砾岩透镜体。本组为主要含煤地层，可采煤层有1~3层，厚0.5~2m。房山区、门头沟区等地煤层底板有软质黏土岩可供开采。
本组与下伏本溪组呈连续沉积，以一层灰色硬砂岩与本溪组分界。岩层厚度为38~176m。
2)二叠系
分下、上两个统。主要分布于北京西山，如百花山、髫髻山南坡、九龙山及香峪大梁的周围，以及猫耳山一带。
(1)下二叠统(P1)
分为山西组和红庙岭组。
①山西组(P1s)为陆相碎屑岩发育，下部主要为深灰色粉砂岩、灰色细砂岩夹灰黑色黏土岩、灰色硬砂岩及1~4层砾岩，砂岩中常含钙质结核。含薄煤层1~3层，有时达到可采程度。一般厚130m。
上部以灰色粉砂岩和灰绿色砂岩互层为主，有时夹砾岩透镜体，潘涧沟至大安山一带岩性较粗，为砂岩和薄层砾岩互层。底部常有一层灰白色厚层砾岩，砾石成分以石英岩为主，燧石次之，砾径一般为0.5cm左右，厚1~10m。
底砾岩为灰色，一般厚3~10m，较稳定。与下伏地层间有冲刷面。砾石成分主要为燧石和石英岩；岭上的砾石成分有岩浆岩和泥质岩块，砾岩为灰紫色。
本组与下伏太原组呈整合接触，厚度变化较大，大约为79~321m。有羊齿类、楔叶类和科达等植物化石。
②红庙岭组(P1h)与下伏地层呈连续沉积，主要为肉红、砖红色或浅绿色石英砂岩，夹粉红、暗紫色细砂岩及叶腊石化页岩，底部为肉红色、灰白色粗石英砂岩。红庙岭组厚20~176m。总的趋势是东厚西薄。
(2)上二叠统(P2)
双泉组(P2s)主要为灰绿、紫色凝灰质板岩和粉砂岩，中间常夹一层厚5~8m的灰白、绿灰色砾岩和砂岩。据此砾岩可分为上、下两部分。
下部为灰绿、紫色板岩及粉砂岩互层，常含凝灰质；近底部普遍有一层暗紫色叶腊石化页岩，可作标志层，其下以一层石英砂岩或含砾粗砂岩与红庙岭组分界，呈整合接触。
5.中生界
北京的中生界没有三叠系，只有侏罗系和下白垩统。与古生界比较，其特点为：全为陆相地层，具有多次的火山喷发，形成了巨厚的火山岩系，地层间的不整合关系较多。这些均反映地壳经历了多次剧烈的运动。早侏罗世是北京市第二次重要的成煤期。
1)侏罗系
(1)侏罗系下、中统——门头沟群(J12)本群主要分布于西山，出露于髫髻山、百花山，如大台、大安山及斋堂等地，环绕九龙山、香峪大梁及猫耳山也有分布。北部山区缺失。该群总厚1932m。从老到新共划分为4组。
①杏石口组(J1x)分布于门头沟区潭柘寺、大峪至石景山区八大处一线，另外在八宝山附近，南庄、上庄一带，以及温泉西南等地也有出露。
岩性为灰黑、土黄色页岩、粉砂质页岩(有的变质为褐黄色板岩)，灰、灰黑色粉砂岩及砂岩互层，有时亦夹砾岩和煤线，底部为砾岩，且有一层砾岩或砂岩与双泉组分界。岩石普遍遭受变质，常见白云母及硬绿泥石晶体。在千军台、黑阴沟以西，含硬绿泥石晶体更为普遍。本组岩层厚度较薄，变化很大，一般仅厚数米到数十米，有的地方缺失。底砾岩是黄绿色，砾石成分为石英岩及石英砂岩，次棱角状，分选不好，一般厚几十厘米至数米。
②南大岭组(J1n)为深绿、灰绿、褐紫色致密块状玄武岩，夹灰白色凝灰岩，暗紫、土黄色页岩及火山凝灰角砾岩、砂岩等。玄武岩中气孔和杏仁构造发育，充填物有石英、方解石、蛋白石、绿帘石等，柱状节理发育，球状风化明显。底部一般可见复成分砾岩，砾石成分主要为石英岩，其次有凝灰质砂岩、凝灰岩及熔岩等，其厚度变化较大，一般为2m左右。
本组与下伏地层呈假整合接触，在清水附近超覆在中石炭统紫红色泥岩之上，呈不整合接触。含主要植物化石有披针苏铁杉、竖直线银杏、篦羽叶和枝脉蕨等。
③窑坡组(J1y)为京西侏罗纪煤田的主要含煤地层，但在卧佛寺一带仅见煤线。本组除房山东部和顺义区东南部龙庭侯地区外，均沉积于南大岭组玄武岩之上，底界清楚。窑坡组均属陆相沉积，以细碎屑岩为主(65%以上)，粗碎屑岩则为少量。在空间上，九龙山向斜区(如城子、门头沟矿区)粒度较细，而髫髻山向斜区(如千军台、大台)粒度较粗，至北岭向斜区更粗甚至可见细砾岩。从全组来看，本组含煤11~20层，可采煤层一般为5~7层，个别处可多达16层，煤层总厚度为8~30m，煤质以无烟煤为主。全组总厚度一般在200~680m，个别地区仅厚50m，厚度自东向西，自南向北均有变薄之势。
④龙门组(J2l)的岩性为灰黑、黑色粉砂岩，炭质粉砂岩和灰、绿灰色砂岩，含砾粗砂岩互层，夹灰色砾岩，在个别地区(如大安山及猫耳山一带)有薄煤层及煤线，局部可采。本组韵律性较明显，砾岩层数变化较大(1~9层)，不易对比，但底砾岩普遍发育，且较稳定(厚2~10m)。底砾岩中砾石成分复杂，分选性差，磨圆度中等，接触式胶结，胶结物为铁质、绿泥石和绢云母。
本组与窑坡组伴生，但常尖灭和缺失。在百花山-髫髻山向斜两翼呈北东向断续分布；在九龙山向斜南翼较北翼发育；在北岭向斜呈环带状分布。本组与下伏窑坡组呈假整合接触，在青白口附近超覆在寒武系、奥陶系之上，呈角度不整合接触。
(2)侏罗系中统(J2)
本统为一套火山岩系，可划分为3组：下部九龙山组，为一套含火山物质的沉积碎屑岩；中部髫髻山组是以中性为主的火山熔岩及其集块岩、角砾岩与火山碎屑岩互层；上部后城组以沉积碎屑岩(碎屑中含大量的中性火山岩)为主，夹大量中基性熔岩，局部含劣质煤层。本统在西山缺失后城组，北山则缺失九龙山组。
①九龙山组(J2j)出露于京西百花山、髫髻山南北坡，在妙峰山、九龙山、香峪大梁、猫耳山等地也有分布。下部以灰白、灰绿、黑灰色凝灰质砂岩为主，夹粉砂岩及砾岩。底部砾岩普遍发育，砾石成分较复杂，主要有石英岩、石英砂岩、燧石、花岗岩、长石及粉砂岩等，并见下伏地层的砾石，砾石磨圆度尚好，分选性差，砾径0.2~20cm不等；中部以紫红、灰绿色凝灰质细砂岩、粉砂岩为主，夹多层砾岩、含砾粗砂岩及页岩；上部为紫红色凝灰质砂岩、凝灰质粉砂泥岩及凝灰质粉砂岩，夹含砾火山岩屑砂岩。
全组厚300~1520m，岩性、厚度变化均较大。一般由下至上，由南向北凝灰质成分增高。
②髫髻山组(J2t)在北山主要分布于延庆县四海向斜核部至怀柔区汤河口一带，又称四海组。此外在昌平十三陵水库两侧，延庆县二道河至罗家台，密云县新城子、大树洼、龙潭沟一带，怀柔区峪口、龙各庄等地均有零星出露。西山分布面积较广，大面积分布于妙峰山、髫髻山、百花山及灵山一带，呈近北东向带状分布；大灰厂附近也有零星出露。本组常构成向斜核部，形成高山，是北京地区中生界出露最广的一组。岩性主要为中性火山熔岩、火山碎屑岩及沉积粗碎屑岩，横向变化较大。与下伏地层九龙山组呈不整合或假整合接触关系，与九龙山组以前地层则均为不整合接触。
③后城组(J2h)主要分布于延庆县永宁、大观头北部，白河堡以东从柏木井、佛爷顶到千家店、花盆一带。岩性以沉积碎屑岩为主，夹少量中性熔岩。下部为含角砾凝灰岩夹凝灰质砂岩及钙质粉砂岩；中部为紫红、灰绿色凝灰质粉砂岩、细砂岩、砂岩，夹安山岩、玄武岩、砾岩及黑色页岩，含叶肢介及硅化木化石；上部为紫色凝灰质砂岩、角砾岩。在五里坡与髫髻山组无直接接触关系，与较老岩层呈不整合接触。
(3)侏罗系上统(J3)
本统可分为3组，自下而上是东岭台组、大灰厂组和辛庄组。
①东岭台组(J3d)在北山主要分布在岔道至小张家口及前平房等地。门头沟区张家庄、杜家庄、东岭台村及碾台村一带也有出露。岩性以紫灰、灰紫、灰绿色流纹岩、流纹质凝灰岩、含角砾凝灰岩、凝灰角砾岩为主，夹部分英安岩、粗安岩和石英斑岩。与后城组未见接触关系，不整合覆盖于髫髻山组或更老的地层之上。
②大灰厂组(J3dh)仅出露于丰台区大灰厂附近，呈北东向分布。其下部以黄绿、灰绿色钙质胶结的含砾火山岩屑砂岩为主，有时可出现钙质胶结的砾岩、砂砾岩及砂岩。含介形虫化石。中部为黑、灰黑、灰黄色钙质页岩，偶夹钙质粉砂岩。含戴氏狼鳍鱼、东方叶肢介、三尾拟蜉蝣等鱼类，叶肢介及昆虫化石。上部以黄绿色粉砂岩(或为砂砾岩、砾岩)为主，夹暗紫色粉砂岩。含腹足类、瓣鳃类及介形虫化石。本组不整合在髫髻山组之上，与东岭台组未见接触关系。厚16~123m。
③辛庄组(J3x)分布于辛庄至大灰厂一带及晓幼营、辛开口等地，沿八宝山-南大寨断层呈北东东向断续分布，地层出露不全。下部以紫红色砂质泥岩、粉砂岩和褐灰、灰白色火山岩屑砂岩为主，夹多层砾岩；中部为紫色砾岩、砂岩、粉砂岩互层，后者偶夹钙质结核；上部为紫色厚层砾岩、砂砾岩夹灰黄19色火山岩屑砂岩，砾石磨圆度较好，分选性差。
本组砾岩及砂岩的碎屑成分以中酸性火山岩为主，其砾石直径一般为3~5cm，泥砂质胶结，仅见植物化石苏铁杉碎片。厚约400m。代表剖面是丰台区辛庄村北辛庄组剖面。
2)下白垩统(K1)
白垩系在北京地区仅存下统，上统缺失。零星出露于坨里、大灰厂一带，各露头之间被第四系覆盖，地层出露不全。本统自下而上可分为坨里组、芦尚坟组及夏庄组，总厚度达1547m。
①坨里组(K1t)分布于房山坨里、马家沟、庄户、公主坟一带。岩性为紫灰、黄绿、黄褐色火山岩屑砾岩，含砾火山岩屑砂岩及火山岩屑砂岩互层。砾岩的分选性较差，磨圆度较好，常呈扁圆形，直径一般都在10cm以下，成分以安山岩、流纹岩为主。砂岩以中粗粒为主，粒度不等，大小混杂，成分均以流纹岩、安山岩为主。岩石裂隙中可见石膏细脉。含伸长拟金粉蕨、似银杏等植物化石。本组厚度大于306m，与下伏辛庄组没有直接接触关系，其构造线方向(走向北西)与侏罗系大灰厂组、辛庄组(走向北东东)不同，推测为不整合接触。
②芦尚坟组(K1l)分布于房山区大紫草坞以北到芦尚坟一带，分2段。
第1段：下部以褐黄、黄绿、黄灰色砾岩与火山碎屑砂岩互层，砾岩的岩石分选性差，磨圆度较好，砾岩较第2段大，成分以中、酸性火山岩为主；上部为紫红、暗紫、灰绿色粉砂岩、细砂岩与棕黄、褐黄、浅灰、紫色中、粗粒火山岩，属砂岩互层夹砾岩。砂岩及砾岩砾石成分亦以中、酸性火山岩为主，砂泥质胶结，少部分为钙质胶结。
第2段：下部为棕黄、褐黄色砂岩、粉砂岩与砾岩互层，砾石分选性不好，磨圆度较差，为次圆状，主要成分为中、酸性火山岩及燧石、砂岩等，并有下伏地层的砾石，与下伏地层接触面凹凸不平，两者之间有短暂的沉积间断；中部为棕黄色泥岩、粉砂岩，灰白、灰绿、紫红等杂色页岩及紫色火山岩屑砂岩，夹少量砾岩、灰岩、泥灰岩；上部为灰白、灰紫、黄绿色粉砂岩、页岩及黄褐色火山岩屑砂岩互层，夹少量钙质细砂岩、粉砂岩及泥灰岩，岩性由粗到细可以组成许多的韵律，每个韵律底部常为含砾火山岩屑砂岩。本组厚656m。含中长扁蚰等昆虫化石及伯特鲁福德蕨等植物化石。
③夏庄组(K1x)主要分布于丰台区夏庄一带，与芦尚坟组为整合接触。岩性主要为紫红、灰白色粉砂岩与黄褐色火山岩屑砂岩互层，夹杂色页岩、灰白色泥灰岩及砾岩。
