Le vignoble de Chablis appartient, d’un point de vue géologique, à la ceinture qui borde le bassin parisien. Cette ceinture forme un arc qui va des confins du Val de Loire au sud de la Champagne, embrassant au passage le nord de la Bourgogne, avant de rejoindre le sud de l’Angleterre.

Chablis est un vignoble de bassin sédimentaire. Les calcaires, qui constituent le socle de Chablis, se sont formés dans une mer chaude, très riche en carbonates, qui recouvrait alors cette zone dépressionnaire. Celle-ci s'est peu à peu remplie de matériaux constituant aujourd'hui le sol et le sous-sol du vignoble chablisien.

Dans cette région viticole du nord de la Bourgogne, on trouve en réalité deux types de sols formés à deux époques du Jurassique : le Kimméridgien, mais aussi le Portlandien (appelé également Tithonien), plus récent.

L’appellation Petit Chablis se situe principalement sur des sols datant du Portlandien, en haut de coteaux ou sur les plateaux, alors que les autres appellations, Chablis, Chablis Premier Cru et Chablis Grand Cru, développées sur les coteaux, se trouvent majoritairement sur des sols du Kimméridgien.

A l’époque du Kimméridgien, il y a plus de 150 millions d’années, le niveau bas de cette mer chaude facilite le mélange des dépôts carbonatés avec les éléments issus de l’érosion terrestre, comme l’argile. Ce phénomène explique la présence de marnes et de petits fossiles d’huîtres Exogyra virgula dans les sols datant du Kimméridgien.

C’est dans ce sous-sol particulier, affleurant par endroit, que les vins de Chablis puisent leur typicité, leur pureté, leur finesse, leur minéralité.

"Les vignobles du chablisien n'ont qu'une seule religion : le kimméridgien" indique Jacques Fanet dans son livre "Les terroirs du vin" édité chez Hachette.

Pendant la période du Portlandien (il y a 135 millions d’années, période appelée désormais Tithonien), le niveau de la mer est bien plus élevé : les éléments provenant de l’érosion terrestre se font plus rares, par conséquence les calcaires formés sont beaucoup plus durs.

Il y a 40 millions d’années, la poussée des Alpes façonne le paysage. Les calcaires durs du Portlandien se fissurent, alors que les marnes calcaires du Kimméridgien, plus tendres, absorbent mieux la poussée.

Puis l’érosion attaque les sols les plus tendres, dessinant avec le temps les reliefs de Chablis.