手稲山を構成する岩石は安山岩溶岩と同質の火砕岩である。溶岩は山頂から東方に流れ、流走面に沿って、緩やかな斜面を形成している。また、発寒川北側の山腹斜面には高さ三〇メートルに達する断崖がみられるが、これは溶岩流の末端にあたる。ゴルフ場やスキー場などの施設があるところは、手稲火山の初期の活動(一八〇～三〇〇万年前)の産物である安山岩質火砕岩の分布域である。山頂の北側斜面は非常に急な斜面となっているが、これは古火口であろうという説と大規模な地滑りの滑落崖ではないかという説がある。