Susiluola sijaitsee alueella, josta on löydetty runsaasti viimeistä jääkautta vanhempia maaperäkerrostumia. Esimerkiksi Susivuoren itäpuolella oleva harju on syntynyt viimeistä edellisen jääkauden sulamisvaiheessa noin 140 000 vuotta sitten.
Susivuoren kallioperä on granodioriittia, jonka ikä on noin 1,9 miljardia vuotta. Granodioriitille on ominaista pinnanmyötäinen rakoilu, joka ilmeisesti on ollut alkusyynä luolan synnylle. Vuosimiljoonien aikana mekaaninen ja kemiallinen rapautuminen ovat vähitellen laajentaneet raon luolaksi. Luolan koko ja muoto eivät ole vielä tarkkaan tiedossa, koska sedimentti on täyttänyt sen melkein kattoon saakka. Tähän mennessä on tyhjennetty vain noin 80 m2. Suuaukon korkeus on enimmillään 1,5 m. Sen lähellä, luolan itäosassa on 1,8 – 2,2 m korkea osue (n. 25 m2). Kymmenen metriä suuaukosta sisäänpäin on pieni kalliokynnys, jonka kohdalla luolan korkeus on 0,7 m.
Susiluolan koon määrittämiseksi tutkittiin luolaa talvella 1998 maatutkan avulla. Menetelmä perustuu ilman kosteuden muutoksiin maa- ja kallioperässä. Tutkimusten mukaan luola olisi lähes 30 metriä pitkä ja suuaukolla noin 25 metriä leveä. Pidemmälle mentäessä luola kapenee ja sen muoto muistuttaa pitkää kolmiota. Luolan korkeuden määritteleminen maatutkalla on vaikeaa, sillä päällimmäiset maakerrokset ovat kuivia, ja alimmat taas hyvin kosteita.
Luolasta on tähän mennessä löydetty kahdeksan erilaista maakerrosta. Ylin kerros on syntynyt jääkauden jälkeisen Itämeren Ancylusjärvi-vaiheessa, noin 8 000 vuotta sitten. Kaksi seuraavaa kerrosta ovat syntyneet sitä vanhempien rantavaiheiden aikana. Neljäs maakerros on muinainen maanpinta eli silloinen luolan lattia, jonka ikä TL-ajoituksen perusteella on yli 100 000 vuotta. Luolan alimmat hiekka- ja sorakerrokset (kerrokset V ja VI) ovat vielä tätäkin vanhempia. Sekä arkeologisesti että geologisesti kerrokset IV ja V ovat merkittävimpiä. Savimineraali- ja siitepölytutkimusten perusteella kerros IV edustaa muinaista maannos- eli maanpintaa, joka on peräisin joltain jääkausien väliseltä lämpimältä interglasiaalikaudelta. Kerroksesta IV on havaittu selviä todisteita ihmisen toiminnasta, mm. palaneita nuotiokiviä. Myös kerroksesta tehdyt magneettiset mittaukset osoittavat, että luolassa on käytetty tulta.
