Начало изучения геологического строения Вологодской области положено в 1840 – 1841 гг. экспедициями Р. Мурчисона, А. Кейзерлинга, А. Мейендорфа. Важное значение имели исследования Н.П. Барбот де Марни, И.И. Лагузена, К. Дитмара, С.Н. Никитина, В.П. Амалицкого, И.А. Перфильева и др.
С 1918 по 1940 г. вся территория области была покрыта мелкомасштабной съемкой. В 1941 г. издана Геологическая карта СССР масштаба 1:1000000. Автором листа 0-37 (Вологда) был Б.М. Даньшин.
После окончания Великой Отечественной войны на территории Вологодской области стало проводиться геологическое картирование разных масштабов, геолого-геофизические поисковые работы на нефть и газ, алмазы, бокситы, железо, строительные материалы; гидрологические работы с целью водоснабжения городов; картосоставительские работы. Особенно большую роль в деле изучения недр области сыграли геологи Вологодской партии Петербургской комплексной геологической экспедиции. В период с 1959 по 1982 г. вся площадь области была покрыта комплексной геолого-гидрологической съемкой масштаба 1:200000. К настоящему времени все 36 листов карты изданы или подготовлены к изданию. В 1950 – 1990 гг. изучено геологическое строение и гидрогеологические условия районов, прилегающих к городам Вологде, Череповцу, Соколу, Грязовцу, Кириллову, Вытегре. На профильно-структурной основе, по данным 3 тысяч буровых скважин, 10 тысяч обнажений, множество геофизических зондирований, аэровизуальных наблюдений, аэрофото- и космических снимков. Составлены карты масштаба 1:50000.
В 1987 г. издана объяснительная записка к Обзорной карте месторождений строительных материалов Вологодской области масштаба 1:1000000 (авторы М.П. Бахвалова, А.Л. Буслович, В.И. Гаркуша, В.П. Гей). Силами Петербургской КГЭ составляется отчет «Комплексная геолого-экономическая оценка минерально-сырьевой базы Вологодской области».
В 1962 – 1975 гг. геологами Петербургской КГЭ и другими геологическими организациями в пределах Московской синеклизы, в том числе и в Вологодской области, проводились региональные геологогеофизические и поисковые работы на нефть и газ. Первые признаки их были получены на Даниловской площади (Любимовский вал) из песчаников верхнего венда и верхнего рифея. С 1992 г. поисковые работы возобновились на Федотовском поднятии – в пределах погруженной части Онежско-Сухонской моноклинали.
Ведутся поисковые работы в Вытегорском районе на Верхнерубежском и Кивручейском участках с целью выявления бокситовых залежей. Изучены зоны Шимозерско-Куштозерских магнитных аномалий в Вытегорском районе и Вожегских аномалий в Вожегодском районе. Приближенная оценка ресурсов магнитного железа в пределах аномалий составляет 10 млрд. тонн.
В 1983 г. отрядом под руководством В.И. Гаркуши были обнаружены кристалл алмаза и спутники алмазов пиропы (минералог Т.П. Репина) в аллювии р. Юзы у д. Зайчики в Бабушкинском районе, свидетельствующие об алмазоносности региона. С конца 1970-х годов М.И. Попов, А.Л. Буслович, Е.А. Глазов обосновали перспективы Вологодской области в отношении коренных источников алмазов мезозойского возраста в пределах Илезской и Тарногской площадей. В настоящее время шлиховое опробование проведено на всей территории области с целью оценки на алмазоносность.
Из материалов по четвертичной геологии и геоморфологии следует назвать работы А.М. Архангельского, А.И. Москвитина, В.П. Романовой, Ю.А. Савинова, Н.Н. Соколова. Геологические исследования в пределах области выполнялись также институтами Гидропроект, Вологдагипроводхоз, Вологодским техническим университетом (А.Н. Кичигин, А.И. Труфанов). Ведущую роль в распространении знаний о геологическом строении, полезных ископаемых, рельефе Вологодской области сыграли публикации ученых кафедры физической географии и геологии Вологодского педагогического университета К.И. Садокова, Н.Д. Авдошенко, А.А. Ляпкиной, Т.К. Толоконниковой, К.И. Усольцевой, И.Н. Шайжиной, Д.Ф. Семенова.