По характеру рельефа и особенностям геологической истории Западную Сибирь можно разделить на три основные части — Западно-Сибирскую равнину и две горные области — Алтайскую и Кузнецко-Салаирскую. Около 4/5 территории приходится на Западно-Сибирскую равнину, самую большую в Советском Союзе и одну из величайших па Земле. Это, как говорят геологи, «закрытая площадь», у которой кристаллический фундамент глубоко погребен под трех-, пятикилометровой толщей осадочных пород. В основании равнины лежит древняя платформа, образовавшаяся в палеозое, т. е. 570—240 млн. лет назад, из древних отложений — кварцитов, сланцев, перидотитов и габбро. Складчатые структуры этой платформы отличаются большой сложностью: многочисленные поднятия в виде выступов и валов — антиклинории — чередуются с прогибами и глубокими впадинами — синклинориями.

Однако в современном рельефе формы эти прослеживаются с трудом, так как в значительной степени они были сглажены прикрывшими их сверху осадочными породами — глинами, суглинками, гальками, опоками и песками. Современная поверхность Западно-Сибирской равнины главными своими чертами обязана более поздним страницам ее непростой геологической биографии. Эта территория представляет собой подвижный участок земной коры и поэтому на протяжении всей своей истории испытывает хотя и медленные, вековые, но постоянные колебания с общей тенденцией к опусканию. В результате территорию неоднократно, особенно в меловом периоде и палеогене, т. е. 67—27 млн.

лет назад, покрывали обширные моря, и тогда происходило накопление морских осадков. Строение ее поверхности к началу неогена — ко времени, отделенному от нас почти 30 млн. лет, предопределило основные черты современного рельефа. Суша в этот теплый и довольно влажный период была богата множеством рек и мелких озер, по берегам которых росла пышная субтропическая растительность — болотный кипарис, магнолии, секвойи, орехи, липы, дубы, каштаны, клены, ильмы, виноград.

В лесах обитали мастодонты, а в саваннах, на территории нынешних Кулунды и Павлодарского плато,— слоны, жирафы, верблюды и антилопы. Остатки этих растений и животных найдены в нескольких местах по среднему Иртышу и по Оби. Это было время накопления континентальных, преимущественно озерно-речных, отложений. Позже, в середине четвертичного периода — около полумиллиона лет назад, произошло похолодание климата Земли, приведшее к развитию на севере Западно-Сибирской равнины ледниковых покровов. На северо-западе мощные ледяные языки сползали сюда с гор Новой Земли и Полярного Урала, а на северо-востоке — с гор Бырранга и Путорана.