Saint-Hilaire se trouve dans une région particulièrement intéressante au point de vue géologique puisque la commune comporte un des sites de la Réserve Naturelle Nationale des sites géologiques de l’Essonne (site de Pierrefitte). Ce site présente la partie la plus récente des couches géologiques du stratotype du Stampien (Stampien supérieur).
L’étage géologique du stampien a été défini dans la région d’Étampes en 1852 par le naturaliste Alcide d’Orbigny, puis redéfini par H. Alimen (1936), G. Denisot (1940) et C. Cavelier dont la définition publiée en 1980 est acceptée comme référence aujourd’hui.
La période stampienne (-34 à -27 millions d’années) se caractérise par une accélération du mouvement des plaques continentales avec élargissement de l’océan Atlantique. Le bassin de Paris est alors envahi par la mer sous la forme d’une vaste lagune. Elle s’y maintient durant plusieurs millions d’années et le climat sub-tropical présent à l’époque permet alors la mise en place d’un environnement propice à la vie.
Il y a environ 25 millions d’années, la mer se retire et un vaste lac d’eau douce, le lac de Beauce, s’installe à sa place. C’est sur le fond de ce lac que se dépose le calcaire d’Étampes.