De Brunssummerheide is een van de weinige heidegebieden in Nederland op Tertiaire afzettingen. De ondergrond wordt gevormd door Miocene en Pliocene zanden en grinden. in het zuidwesten en het oosten van het gebied liggen ook enkele zandgroeves, waronder de bekende Sigrano-groeve. Ook werd in het verleden in dagbouwgroeves bruinkool gewonnen. Hiervan resteren onder andere de Koffiepoel en de grote zandvlakte bij de Rode Beek