На территории Московской области почти отсутствуют отложения третичного периода, значительно шире распространены отложения каменноугольного и юрского периодов.
В меловой период на территории части современной Московской области находилось море, о чём свидетельствуют выходы фосфоритов и разнообразных песков. Меловые отложения распространены на севере Московской области. Море юрского периода было обширнее моря мелового периода; характерные юрские отложения (в виде чёрных глин) обнаруживаются и на территории Москвы, и в её ближайших окрестностях, в особенности — в долине реки Москвы. Отложения каменноугольного периода в Московской области представлены доломитами, известняками и мергелями. Выходы каменноугольных отложений, богатых органическими остатками, имеют место на юге (особенно — в Серпуховском районе) и на западе области. Обнаружены на территории Московской области и девонские отложения.
Московская область богата разнообразными полезными ископаемыми.
Пески, находящиеся в отложениях различных периодов (главным образом — четвертичного и мелового), имеют высокое качество и широко используются в строительстве; кварцевые пески применяются в стекольной промышленности, добыча их ведётся с конца XVII в. в районе Люберец. Песчано-гравийные месторождения часты в пределах Смоленско-Московской возвышенности.
Многочисленны в пределах Московской области и месторождения глин; огнеупорные белые глины встречаются на востоке области (в отложениях каменноугольной и юрской систем) и добываются с XIV века в районе Гжели. Весьма широко распространены покровные суглинки, используемые в кирпичном производстве.
Издавна славится московский край своими известняками («белым камнем»), мягкими в обработке. Знаменито Мячковское месторождение бутового известняка, сырьё которого шло на облицовку стен таких московских зданий, как Пашков дом, Большой театр и др.; ныне добыча известняка в Мячкове остановлена. Известны месторождения мраморовидного известняка, как, например, в районе Коломны. (См. статью Подмосковные каменоломни)
На территории области обнаружены залежи и других карбонатных пород — доломитов (используются в цементной промышленности), известняковых туфов, мела, мергелей и др., располагающиеся, главным образом, на юге и востоке области (напр., в районе посёлка Пески Коломенского района).
Московская область обладает месторождениями фосфоритов; здесь находятся важнейшие в Подмосковье Егорьевское и Северское месторождения. Фосфориты Московской области отличаются высоким содержанием фосфорной кислоты.
Район Мещёрской низменности богат торфяными месторождениями.
Разведаны месторождения калийной соли (в Серпуховском, Егорьевском районах).
В Московской области многочисленны также минеральные источники, в особенности — железистые (под Звенигородом, Серпуховом, Клином).
Кроме открытых источников, обнаружено множество богатых минеральной водой пластов на глубинах 300—500 метров. На глубине 1 — 1,5 км обнаружено погребённое солёное море значительной площади, предположительно занимающее территорию не только Московской, но и нескольких соседних областей. Солёные воды с концентрацией солей до 300 г/л применяются в местной пищевой промышленности, бальнеологических центрах, а также на водноспортивной базе.