ดินที่พบในหนองบงคายเป็นดินชุดเชียงราย เกิดจากการทับถมของตะกอนลำน้ำ มีลักษณะอุ้มน้ำได้ดีมาก เป็นดินเหนียว ดินร่วนปนทราย และดินเหนียวปนทราย มีค่าความเป็นกรด–ด่างอยู่ในช่วง 5.5–6.5 สำหรับลักษณะดินในพื้นที่ลุ่มน้ำแห่งนี้เป็นดินร่วนปนเหนียว และดินร่วนปนทรายเนื่องจากพื้นที่ลุ่มน้ำแห่งนี้เป็นพื้นที่การเกษตรเป็นส่วนใหญ่ ทำให้อาจจะเกิดการชะล้างพังทลายของดินซึ่งส่งผลให้เกิดการตื้นเขินของอ่างเก็บน้ำได้ในอนาคตดินที่พบอยู่ในพื้นที่เกิดจากวัสดุเหลือค้างจากวัตถุต้นกำเนิด (residuum and localcolluvium) และการทับถมของตะกอนลำน้ำ ดินจัดอยู่ในชุดดินเชียงแสนที่เกิดจากดินตะกอนลุ่มน้ำ มีลักษณะเป็นดินเหนียวอุ้มน้ำได้ดีมาก ดินมีค่าความเป็นกรด–ด่าง อยู่ในช่วง 5.5–6.5ประมาณร้อยละ 42 มีความเหมาะสมสำหรับการทำนา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ตำบลโยนก และประมาณร้อยละ 22 มีความเหมาะสมปานกลางสำหรับพืชไร่ แต่มีปัญหาเรื่องการระบายน้ำ มีปริมาณการชะล้างพังทลายของดินโดยรอบค่อนข้างสูง สถานภาพของการเกิดกษัยการของดินในหนองบงคาย เป็นผลมาจากการเปลี่ยนพื้นที่ป่ารอบๆ เพื่อมาทำการกสิกรรมซึ่งส่งผลให้ปริมาณตะกอนสะสมอยู่ในหนองบงคายประมาณ 24,540 ตันต่อปี และจากการคำนวณพบว่าหากยังปล่อยให้มีการตกตะกอนในลักษณะนี้โดยปราศจากการจัดการใดๆ พบว่าอีกประมาณ 500 ปี จะมีปริมาณตะกอนทับถมจนเต็มหนองบงคาย