Trzon Garbu Chełmu zbudowany jest zasadniczo ze skał dolnego triasu (przede wszystkim lądowe piaskowce) i środkowego triasu (głównie wapienie morskie, tj. wapień muszlowy). Na powierzchni odsłaniają się tylko te ostatnie. Triasowe utwory zostały w kredzie przykryte ciągłą pokrywą przez margle i piaskowce, ale zostały one w trzeciorzędzie usunięte przez erozję. Utwory triasu zostały pokryte trzeciorzędowymi iłami, mułami, piaskami i żwirami. W czwartorzędzie dwukrotnie nasuwał się tu lądolód skandynawski (630 tys. i 300 tys. lat temu), pozostawiając margle lodowcowe, gliny i piaski oraz różnej wielkości głazy narzutowe. Nawiewany pył ze zlodowacenia północnopolskiego (sam lądolód tu nie dotarł) przyczyniał się do tworzenia pokryw lessu. Jednak większość partii szczytowych zachodniej części Chełma nie jest przykryta osadami czwartorzędowymi. Bezpośrednio pod warstwą gleby występują tu wapienie triasowe.