Najgłębiej leżą produktywne warstwy wałbrzyskie, nad nimi leżą grube, nieproduktywne warstwy białokamieńskie, a najpłycej zalegają produktywne warstwy żaclerskie. W karbonie górnym z głębi ziemi intrudowały kwaśne magmy, które zastygły pod ówczesną powierzchnią ziemi, a które obecnie tworzą porfiry budujące Chełmiec, masywy Gór Czarnych oraz niewielkie wystąpienia w obrębie Kotliny. W permie dolnym osadziły się czerwone piaskowce z wkładkami zlepieńców, mułków, łupków ilastych i wapieni oraz powstały zasadowe skały wulkaniczne - melafiry i ich tufy, tworzące południowe obrzeżenie Kotliny oraz pobliskie Góry Suche. Utwory karbońskie i permskie należą do jednostki geologicznej zwanej niecką śródsudecką. Osady niecki śródsudeckiej są generalnie nachylone ku jej środkowi, czyli na obszarze Gór Wałbrzyskich i Suchych, na południe i południowy zachód, ale w rejonie intruzji Chełmca zostały podniesione i zapadają koncentrycznie na zewnątrz od niej, a w pobliżu innych intruzji też są silnie zaburzone. Węgiel kamienny w pobliżu intruzji został przeobrażony w antracyt.