Les temps forts de l'histoire géologique de la Loire
A l'ère primaire, la région était intégrée dans le vaste ensemble hercynien (ou varisque), une chaîne de montagnes en forme de V, s'étendant sur toute l'Europe Occidentale, de la Bretagne jusqu'en Bohême. Cette orogenèse permet la mise en place de roches plutoniques et métamorphiques (Roannais, Monts du Forez, du Lyonnais et du Pilat) ainsi que des ensembles volcaniques et sédimentaires dans les bassins houillers de Roanne et de Saint-Étienne.
Le Roannais, à l'ombre d'une caldeira : il y a 340 millions d'années, au sud de Roanne, une vaste caldeira d'une dizaine de kilomètres de diamètre émettait d'importantes quantités de laves. Les zones lacustres et boisées proches alimentaient en matériel végétal tout le secteur. Les tuffs anthracifères résultent de cette activité volcanique associée à des dépôts sédimentaires carbonés.
Le Pilat, une chaîne de type himalayen : les témoins géologiques de ce secteur racontent la formation d'une chaîne de montagnes de collision (type himalayen), résultant du télescopage entre une paléo-Afrique (Gondwana) et des micro-continents (Armorica, Baltica... l'actuelle Bretagne et Europe du Nord) entre -330 et -280 millions d'années.
Depuis, l'érosion a porté en surface les soubassements de cette chaîne, des migmatites datées à -300 Ma et des granites à micas blancs tardifs (-280 Ma), visibles sur le terrain
de Condrieu à Pélussin. Vers -300 millions d'années, des phases de relâchements permettent la formation des bassins houillers carbonifères, tel celui de Saint-Étienne dans la Loire.
A l'ère secondaire, le Massif Central est déjà aplani depuis fort longtemps (pénéplénation). La mer Jurassique fait quelques incursions sur le pourtour de cette zone continentale
et vient déposer des calcaires dans les environs de Charlieu.
A l'ère tertiaire, toute la région subit les contrecoups de l'orogenèse alpine. Certains secteurs s'effondrent
pour donner des fossés, comme l’actuelle Plaine du Forez. Roches volcaniques et sédiments lacustres attestent de cet épisode majeur dans l'histoire récente du Massif Central (-35 à -6 millions d'années).
Lors de la dernière glaciation (entre -80 000 et -10 000 ans), les glaciers würmiens étaient proches de l'actuelle vallée du Rhône. Fleuves et lacs glaciaires occupaient la zone de Condrieu. Dans ces dépôts fluvio-glaciaires et glaciolacustres, on observe des cailloutis à galets striés.