L’origine geologica dei terreni del comprensorio di Cortona è essenzialmente riconducibile ai periodi del Miocene inferiore, del Pliocene superiore e del Miocene. Dal punto di vista litologico, il territorio è caratterizzato da arenarie, marne e scisti, con presenza di depositi fluvio-lacustri, di argille e di detriti di falda.

Tipicamente idonee alla coltivazione della vite sono le zone degli antichi terrazzi fluviali ed alluvionali nonché quelle di raccordo fra le aree di sommità ed i siti pianeggianti. In tale insieme, i terreni, generalmente poco calcarei, presentano un ottimo equilibrio rispetto alle frazioni granulometriche costituite da argille, limo, sabbie grosse e fini.