Die Landschaft des Wermsdorfer Waldes wird von flachwelligen Oberflächenformen geprägt. Bildungen der Rotliegendzeit als vulkanische Deckenergüsse von Porphyren, Porphyrit und Porphyrtuff sowie quarzitischen Grauwacken am Collmberg herrschen als Grundgestein vor. Der für die Region typische „Wermsdorfer Porphyr“ wird heute noch im Stein­bruch „Am Butterberg“ als besonders druck- und frostbeständiges Gestein abgebaut. Nordsachsen war im pleistozän zweimal unter dem Inlandeis begraben. Während der Elster- und Saaleeiszeit wurden die Kuppen rundhöckerartig geschliffen und das Erosionsmaterial zusammen mit den nördlichen Geschiebematerialien (runde rötliche Porphyre, Granite und Feuersteine) beim Abschmelzen als Geschiebemergel abgelagert.

Grauwackefelsen am Collmberg:
Die Grauwacke des Collms ist besonders fest und beständig.
Der  Collmberg gilt daher nicht von Ungefähr als ältester Berg Sachsens.

Die größte Fläche nehmen Lößablagerungen ein, die durch Winderosion von schluffigen und sandigen Materialien während der letzten Vereisung entstanden, bei der der Eisrand ca. 100 km nördlich des Wermsdorfer Waldes zum Stillstand kam. Sie verhüllen die älteren Bildungen in Waldflächen in der Regel nur bis 1 m Mächtigkeit. Völlig fehlt das Pleistozäne auf Kuppen und Hängen, wo es durch nachträgliche Erosion abgetragen wurde.

Der Wermsdorfer Wald wird der Klimastufe des mäßig trockenen Hügellandklimas zugeordnet. Es lässt sich als Übergangsbereich zwischen maritimer und kontinentaler Ausprägung einordnen. Wegen ihrer Lage kann die Station Hubertusburg als kennzeichnend für den Wermsdorfer Wald angesehen werden. Der Wermsdorfer Wald liegt im Bereich einer Jahresdurchschnittstemperatur von 8 °C bis 9 °C, im Mittel 8,5 °C. Die Dauer der vegetationsperiode, angegeben als Summe der Tage mit einer Tagesmitteltemperatur von mindestens 10 °C, beträgt ca. 160 Tage. Die mittlere Jahressumme der Niederschläge wird für die oben genannte Station mit 610 mm angegeben. Niedrigen Winterniederschlägen steht ein Sommermaximum gegenüber. Bezogen auf die Station Hubertusburg fallen 54 % des Gesammtniederschlages während der Vegetationsperiode von Mai bis September. Dennoch kann es trotz des Sommermaximums an Niederschlägen in dieser Zeit zu Wassermangelerscheinungen bei der Vegetation kommen, da die Sommerniederschläge zum Teil als starke Gewitterregen oder heftige Schauer niedergehen und ein großer Anteil oberflächig abfließt. Abschließend sei noch auf die für das Gebiet typischen Spätfröste verwiesen, die Hauptsturmrichtung ist Südwest.