Состоит из горизонтальных морских осадочных отложений палеогена и континентальных отложений неогена, расположенных на поверхности складчатоглыбового фундамента палеозоя. После отступления моря в кайнозое его ложе стало сушей и образовался современный рельеф равнины.
По геологическому строению Северо-Казахская равнина делится на четыре природно-территориальных района: Есильская равнинная лесостепь, Тоболо-Убаганская равнинная степь, Есиль-Ертысская степь и Ертыс-Кулундинская равнина.
подробно о строении епждой части в учебике параграф 42, или по ссылке http://tak-to-ent.net/publ/6-1-0-145