La géologie du massif du Luberon au travers de ses trois Luberon

Anticlinal (pli dont le cœur est occupé par les couches géologiques les plus anciennes et présentant une convexité orientée vers le haut) déversé vers le sud, le petit Luberon possède un plateau sommital formé d’épais calcaires Urgoniens (terrains du secondaire / crétacé inférieur). Sur le petit Luberon, plusieurs carrières sortent (ou ont sorties) des blocs d’un calcaire blanc et pur comme celles d’Oppède ou des Taillades. La plaine qui l'entoure est principalement du tertiaire (molasses calcaires et safres du Miocène) surtout au nord du massif et du Quaternaire (dépôts fluviatiles, colluvions et éboulis) dès que l’on se rapproche du cour du Calavon ou de la Durance.

Le Grand Luberon : Cet anticlinal est formé de plus de 600 mètres de calcaires plus ou moins marneux de l’Hauterivien, toujours dans le crétacé. Ces calcaires sont plutôt tendres ce qui confère au Luberon un relief plutôt arrondi. Son versant nord est plus ou moins abrupte par endroit et son versant sud semble évidé avec en bordure les collines qui relient Peypin d’Aygues à Cadenet en passant par le nord de Pertuis, Villelaure, etc. Enfin, les premières pentes au nord du massif du Luberon, tout comme une partie de celles situées au sud sont composées de sols du Miocène avec molasses calcaires, sables et de marnes. Au sud-est et à l’est, on trouve des sols de l’Eocène (lors de la phase dite : « phase tectonique pyrénéo-provençale ») et Oligocène (on trouve encore des traces fossiles avec poissons, insectes et végétaux dans des plaquettes calcaires) composés de marnes, calcaires et grés avec parfois brèches et argiles sableuses.

Le Luberon Oriental quant à lui est principalement composé de ses mêmes sols que l’on retrouve au sud-est et à l’est du Grand Luberon datant de l’Eocène et de l’Oligocène ainsi que de sols du Miocène et quelques rares portion du Quaternaire là où coulent les rivières naissantes.

A noter pour finir sur le secteur d'Apt (entre petit et grand Luberon et les Monts de Vaucluse) que l’on trouve de l'Aptien (dont le nom vient de la ville d’« Apt »), du Gargassien (qui vient de la ville de « Gargas ») et de l'Albien qui forme la vallée d'ocres du Colorado provençal. Même si ceux-ci ne sont pas sur le massif du Luberon, beaucoup considèrent qu’ils font quand même partis des « sols du Luberon », puisque sur les communes dans le périmètre du Parc.

Les lignes de chevauchement sont situées principalement au sud de la ligne de crête du petit et du grand Luberon.