Geologisk ligger Storsjön helt i den østre utkanten av de nordiske Kaledonidene, og tilhører nedre skyvedekke fra den Kaledonske fjellkjedefolding for 400 millioner år siden. Berggrunnen består av leirskifer og kalkstein fra midtre og øverste ordovicium. Helt i øst starter det svekofinniske grunnfjellet. På sørbredden av Storsjöen er det et mindre meteorittkrater som i dag preges av leirskifer- og breksjebergarter.