Mesteparten av Flensjøen og nedbørsfeltet til sjøen ligger i Røros kommune. Vassdraget ligger i et fjellområde (Steinfjellet - Flenskampane - Falkfangerhøyda) hvor det er forvitringsresistente kvartsrike og kalkfattige bergarter (granitt og sandstein). Nedbørsfeltet til Fjensjøen består av snaufjell (780 til 1292 moh) og er ca 26 km. Berggrunnen i nedbørsfeltet består i hovedsak av sandstein (arkose og feltspatholdig kvartsitt) med tynnt jordsmonn og har store andeler bart fjell. I nordre del av nedbørsfeltet (Steinfjellet) er det flere myrområder og omkring 30 mindre tjern. I søndre del er det store områder bart fjell på nordsiden av Flenskampane.