Территория К. в осн. принадлежит Урало-Охотскому подвижному поясу, складчатые структуры которого частично перекрыты чехлами молодых платформ. Центральноказахстанская складчатая область, в осн. соответствующая Казахскому мелкосопочнику, включает две дугообразные складчатые системы: каледонскую Северо-Казахстанскую на севере и герцинскую Джунгаро-Балхашскую на юге. Эти системы разделены раннесреднедевонским вулканич. поясом, сложенным вулканитами от основного до кислого состава.

В пределах складчатой области многочисленны архейско-протерозойские массивы – Кокчетавский, Арганатинский, Сев. и Юж. Улутауские, Актау-Мойынтинский, Макбальский, которые образованы метаморфизованными в амфиболитовой и зеленосланцевой фациях осадочными и вулканогенными породами, джеспилитами, гранитогнейсами. Каледониды сложены верхнерифейско-силурийскими породами. В их зап. части, а также в складчатой зоне Сев. Тянь-Шаня широко распространены верхнерифейско-ордовикские вулканиты (базальты, риолиты), кремнисто-сланцевые и флишевые толщи, прорванные позднеордовикскими гранодиоритами; в ядрах антиклинориев выступают доверхнерифейские метаморфич. образования.

В вост. части развиты кембрийско-силурийские офиолиты (серпентинитовые меланжи, габбро, базальты и яшмы) и мор. отложения, прорванные силурийскими гранитоидами. Заключит. деформации на западе произошли в позднем ордовике; на востоке – в конце силура. После каледонского тектогенеза обособился Казахстанско-Северотяньшаньский массив с континентальной корой, окружённый бассейнами с океанич. корой, при замыкании которых в эпоху герцинского тектогенеза сформировались Уральская, Джунгаро-Балхашская, Иртыш-Зайсанская и др. складчатые системы.

В среднем – позднем девоне формировался осадочный чехол массива, происходило горообразование с накоплением в межгорных впадинах континентальных моласс. В конце девона – перми накапливались мор. известняки, сменяющиеся на севере (Карагандинская, Экибастузская, Тенгизская впадины) терригенными угленосными сериями, а на юге – меденосными отложениями (Жезказганская впадина). В строении герцинид участвуют породы возрастом от позднего протерозоя (Актау-Мойынтинский массив, ядра Джунгарских антиклинориев) до поздней перми. Антиклинории сложены нижнепалеозойскими офиолитами, кремнистыми и терригенными отложениями; синклинории – среднеордовикско-нижнедевонскими вулканогенно-терригенными и флишевыми толщами.

Океанич. бассейны замкнулись в конце раннего – начале среднего девона. В среднем – позднем девоне происходило горообразование с накоплением вулканич. моласс во впадинах. В конце девона – начале карбона на территории Центральноказахстанской складчатой области в условиях растяжения формировались глубокие (до 2 км и более) широтные рифты, в которых накапливались кремнисто-карбонатные отложения. В раннем карбоне растяжение сменилось сжатием, следствием чего стало образование на месте рифтов Успенской, Акжал-Аксаранской, Акбастауской и др. зон смятия. С конца раннего карбона по позднюю пермь в Илийской, Токрауской, Калмакэмельской впадинах под воздействием восходящего потока разогретого мантийного вещества (плюма) проявился активный наземный вулканизм и синхронный гранитоидный магматизм. В триасе формировались континентальные коры выветривания. В юре происходило горообразование с накоплением в межгорных впадинах (Байконурская, Карагандинская, Экибастузская, Южно-Балхашская и др.) угленосных моласс. В кайнозое накапливался маломощный терригенно-глинистый чехол.