Tereny katowickiego Śródmieścia położone są w niecce górnośląskiej. Utwory je wypełniające pochodzą z górnego karbonu i wykształcone są w postaci łupków, piaskowców i zlepieńców zawierających pokłady węgla kamiennego. Utwory z tego okresu budują podłoże katowickiego Śródmieścia, a także powierzchnię południowej części dzielnicy, położonej na wschód od ulicy Mikołowskiej i dalej na południe od torów kolejowych. Występują tam wychodnie warstw orzeskich (westfal B). Tworzą je potężne serie przeważnie łupków z wkładkami piaskowców, syderytów i węgla kamiennego. Miąższość tej serii przekracza 900 m.
W okresie trzeciorzędu utworzyły się główne rysy rzeźby terenu Śródmieścia. Wówczas to doszło do intensywnego wietrzenia chemicznego i denudacji. W czwartorzędzie obszar Śródmieścia został prawdopodobnie pokryty przez lądolód skandynawski dwukrotnie: podczas najstarszego zlodowacenia Sanu (krakowskiego) oraz w okresie zlodowacenia Odry (środkowopolskiego). Osady po pierwszym zlodowaceniu zostały w większości usunięte w okresie interglacjału, zaś lądolód zlodowacenia Odry pozostawił po sobie gliny zwałowe występujące wzdłuż obniżeń dolinnych. W holocenie następuje zjawisko niszczenia i wyprzątania pokryw osadów plejstoceńskich, zaś w dolinach rzecznych wytworzyła się niska terasa uformowana w kilku stopniach.