Westlich und nordwestlich der Innenstadt von Skien liegt 1500 Millionen Jahre altes Grundgebirge. Diese alten Gesteine zeigen Spuren der Gebirgsbildung vor mehr als 1000 Millionen Jahren (Sveconorwegische Orogenese).

Im Gjerpensdal-Tal überlagern junge marine Tonsteine ca. 450 Millionen Jahre alte Kalksteinablagerungen. Die Kalkstein-Rücken verlaufen hier von Nord nach Süd und sind Zeugen des Meeresbodens eines ehemaligen tropischen Meeres. Vor 450 Millionen Jahren lagen die Kontinentalplatten Norwegens südlich des Äquators und die Region war bedeckt von einem Meer, in dem viele tropische Pflanzen und Tiere lebten. Viele dieser Tiere hatten Kalkschalen, aus denen die Kalksteinlagen aufgebaut sind. Am Kapitelberget in Skien finden wir die Ruine einer kryptischen Kirche, die aus den Gesteinen des ehemaligen Korallenriffs besteht.

Die marinen Tonsteine im Gjerpensdal-Tal bildeten sich in einem arktischen Fjord vor Tausenden von Jahren. Als die mächtige Eisdecke, die Skandinavien vor 12.000 Jahren bedeckte, anfing zu schmelzen, strömte auch Meereswasser auf das Land und lagerte marinen Ton ab. Diese marinen Tonlagen verleihen heute dem Boden in der Region eine hohe Fruchtbarkeit. Ein weiterer Lieferant für die Fruchtbarkeit des Bodens sind auβerdem die Basalte im südlichen Bereich des Tals. Vor 300 Millionen Jahren flossen diese Basalte als Lava aus einem ehemaligen Vulkan. Heute wächst eine üppige grüne Vegetation auf dem vulkanischen Boden in diesem Gebiet.

Die ältesten Eisenerzminen Norwegens finden wir in Fossum. Der sächsische Bergmann Hans Glaser entdeckte 1538 auf einer durch den dänisch-norwegischen König anbefohlenen Erkundungsreise erstmalig erzhaltige Gesteine in Skien. Seit 1620 wurde dann in den Fossum-Eisenwerken Eisen verarbeitet.