Każda miniona epoka w dziejach Ziemi pozostawiła swoje piętno w garbie Chełmu, wszędzie na różnych głębościach mamy ślady procesów górotwórczych i osadowych.

Pokłady dolnego karbonu (era paleozoiczna) tworzą tu piaskowce i zlepieńce zawierające odciski roślin. Są dowodem na istnienie w tym miejscu dawnego morza, które obejmowało znacznie większy teren, mianowicie Morawy i Śląsk aż po Sudety. W następnych warstwach występują m in. piaskowce czerwone tworzące się w klimacie obszarów pustynnych. Kolejne morze zostawiło po sobie poszczególne poziomy wapienia (dziś baza surowcowa opolskiego przemysłu).

Cofnięcie się morza górnokredowego (era mezozoiczna) i utworzenie się lądu w okresie starszego trzeciorzędu (era kenozoiczna) spowodowało niszczenie skał mało odpornych i wypreparowania fragmentów skał twardszych. One utworzyły krawędź Grzbietu Chełmu, a kolejne zalewy morskie i procesy tektoniczne uformowały w rezultacie tę krawędź.

Przebiegająca w trzeciorzędzie przez środkową Europę strefa zjawisk wulkanicznych znalazła w regionie naszego masywu swój najdalej wysunięty punkt. Pozostałością po aktywności wulkanicznej tego obszaru jest Góra Św. Anny, którą tworzy bazaltowy stożek. Żyła bazaltu ma tutaj długość ok.300 m oraz szerokość 180 m i jest zbudowana z ułożonych obok siebie słupów grubości ok.20 cm.

Działalność wulkaniczną potwierdza także stożek tufów wulkanicznych, wyrzuconych w czasie erupcji lawy bazaltowej sypkich materiałów, bomb, lapilli i pyłów. W okresie lądolodu skandynawskiego krajobraz obszaru Chełmu ulegał dalszym przeobrażeniom. Świadczą o tym pozostawione na miejscu margle, gliny, piaski i gruz skalny (głazy narzutowe) pochodzenia skandynawskiego. Grubość tych utworów polodowcowych wynosi w miejscu ich występowania od 0,5 m, a w dolinach do 10 m. Zlodowacenie bałtyckie spowodowało powstanie wydm i akumulacji płatu lessu, który zalega południowo- wschodnie stoki Chełmu na obszarze ok. 4000 ha. Grubość jego wynosi średnio 4 m, ale dochodzi miejscami aż do 8 m. Występujące w krajobrazie garbu liczne jary związane są ściśle z procesami erozji pokrywy lessowej.