Die Burg Wendelstein liegt auf einer Pultscholle in der Hebungszone zwischen Kyffhäuser Nordost-Randstörung und Bottendorfer Störung. Nach SW erfolgt ein staffelartiger Abbruch des Subsalinars in den Untergrund der Hermundurischen Scholle. Nach NE hat die Abschiebung einen hohem Verwurfbetrag, an der Zechsteinbasis sind etwa 800 m. Im Bereich des Burgfelsen fallen die Schicht nach NW (10 bis 15°) ein.
Das jüngste aufgeschlossene Schichtglied ist der Stinkschiefer, ein feinstgeschichteter bituminöser Kalkstein, der von einem feinoolithischen hellen Dolomit (Lesestein) überlagert wird. Nach Bohrungen wird der Ca2 ca. 3 m mächtig und bildet die Südwestabdachung es Burgfelsens. Im Liegenden folgen ca. 15 m mächtige regelmäßig eng und feingestreifte Gipse, die besonders gut im Burghof der Niederburg aufgeschlossen sind. Im unteren Teil des Burgfelsen sind die Gipse dann unregelmäßig eng und weit gestreift ("geflasert").