Im Erdzeitalter des Karbon (vor ca. 350 bis 300 Mio. Jahren) faltete sich das Rheinische Schiefergebirge auf, das aus Schichten von Grauwacke und Tonschiefer aufgebaut ist. Die sich hebenden Landmassen waren von Meeresablagerungen wie Schlamm, Ton, Quarz und Sand bedeckt. Vor ca. 70 Mio. Jahren brach die Niederrheinische Bucht ein und die Entstehungsgeschichte des Rheins und seiner Nebenflüsse begann. Die Bewegung der Wassermassen hinterließ weitere Ablagerungen von Sanden, Tonen und Kiesen.
Diese geologische Dynamik und der Wandel des Klimas modellierten am Übergang von den Bergischen Hochflächen zur niederrheinischen Bucht eine Mittelterrassenebene mit vorwiegend nährstoffarmen, lehmigen Sandböden.
Abhängig vom Standort, vom Wasserhaushalt und von den wechselnden klimatischen Bedingungen bildeten sich auf engstem Raum unterschiedliche Bodenverhältnisse, die Ursache für die außergewöhnliche landschaftliche Vielfalt der Wahner Heide.
In den hügeligen Lagen im Osten und am südlichen Rand der Wahner Heide liegen über dem Ausgangsgestein lehmige Braunerden, auf denen sich Waldgürtel mit Buchen, Eichen und Erlen entwickelt haben.
An den Flüssen Agger und Sülz entstand aus dem Auenlehm ein brauner, nährstoffhaltiger Auenboden mit Sand- und Tonanteilen.
In den Ebenen im Nordwesten und im Süden der Wahner Heide liegen Flugsande über verschiedenen Schichten von Braunerden, die aus den abgelagerten Kiesen und Sanden des Rheins entstanden sind. Auf diesen grobporigen, trockenen Sandböden können sich kaum Nährstoffe anlagern, das Sickerwasser wäscht sie aus.
Im Zentrum der Heide überlagern die sandigen Erden Toneinlagen, die stellenweise das Wasser stauen. Das stauende Wasser verändert die Böden. Je nach Feuchtigkeits- und Sauerstoffgehalt sind sie sandig, schluffig oder moorig.
Im Bereich von Fliegenberg, Moltke-, Ravens-, Telegrafen- und Kohlenberg, in der Scheuerbachsenke und auf der Hohen Schanze ist die Zusammensetzung der Böden aus Kiesen, Sanden und wasserstauenden Tonen besonders nährstoffarm. Vor allem hier gedeihen Spezialisten wie Heidekraut oder Sandbirke.