Западно- сибирская равнина сформировалась в пределах эпигерцинской западно-сибирской плиты, фундамент которой сложен интенсивно дислоцированными палеозойскими отложениями. Они везде покрыты чехлом рыхлых морских и континентальных мезо-кайнозойских пород (глин, песчаников, мергелей и тому подобных), общей мощностью свыше 1000 м (в западинах фундамента до 3000—4000 м). Самые молодые, антропогенные отложения на юге — аллювиальные и озерные, нередко прикрытые лёссами и лёссоподобными суглинками; на севере — ледниковые, морские и ледово-морские (мощность местами до 400 м). В манжете рыхлых отложений заключены горизонты подземных вод — пресных и минерализованных (в том числе рассола), встречаются также горячие (к 100—150°С) воды. Есть промышленные месторождения нефти и природного газа (Западно - сибирский нефтегазоносный бассейн).