Докембрий широко распространен в Северном Тянь-Шане и в антиклинориях северо-западной части Центрального Казахстана.
Архей сложен гнейсами, амфиболитами, сланцами, эклотитами, кварцитами, прослоями и линзами мраморов. Широко развиты также зоны гранитизации и мигматизации. Мощность архейских отложений измеряется несколькими километрами.
К протерозою относят разнообразные метаморфические и кристаллические сланцы, амфиболиты, кварциты, мраморы, железистые кварциты типа джеспилитов и гематит-магнетитовые руды. Мощность этих отложений 13—20 км.
Рифей представлен гнейсами, железистыми кварцитами, мраморами, известняками, доломитами, сланцами, лавами и туфами, которые переслаиваются с песчаниками, кварцитами и яшмами. Местами встречаются карбонатные породы, сложенные остатками водорослей. Мощность этих отложений несколько тысяч метров.
Кембрий широко распространен в Кузнецко-Саянской стране, на северо-востоке Центрального Казахстана и в Северном Тянь-Шане. Он сложен разнообразными отложениями, среди которых можно выделить три основных типа: 1) терригенные отложения — сланцы, алевролиты, граувакковые и аркозовые песчаники, конгломераты и брекчии; 2) вулканогенные образования типа спилито-кератофировой формации, претерпевшие зеленокаменное изменение, а также яшмы, порфириты и их туфы и 3) хемогенные, рифогенные и другие известняки, нередко мра-моризованные. В известняках найдены археоциаты, трилобиты, брахио-поды, строматолиты. Мощность кембрийских отложений иногда достигает 25 км.
В области ранних каледонид верхний кембрий входит уже в состав орогенного яруса и имеет ограниченное распространение. Он представлен здесь молассовыми и молассоидными отложениями.