La feuille Monthois se situe géographiquement à la transition entre la Champagne et la Lorraine, dans le quart nord-est du bassin de Paris. D'un point de vue géologique, ce territoire appartient au bloc ardennais pour lequel les données de subsurface mettent en évidence un substratum paléozoïque affecté par des accidents hercyniens délimitant des bassins d'effondrement à remplissage permien.