Палеозойские отложения западного склона У. представлены известняками, доломитами, песчаниками, образовавшимися в условиях преимущественно мелководных морей. Восточнее прерывистой полосой прослеживаются более глубоководные осадки континентального склона. Ещё восточнее, в пределах вост. склона У., разрез палеозоя (ордовик, силур) начинается измененными вулканитами базальтового состава и яшмами, сопоставимыми с породами дна современных океанов. Местами выше по разрезу залегают мощные, также измененные спилит-натро-липаритовые толщи с месторождениями медноколчеданных руд. Более молодые отложения девона и отчасти силура представлены преимущественно андезито-базальтовыми, андезито-дацитовыми вулканитами и граувакками, отвечающими в развитии вост. склона У. стадии, когда оксаническая земная кора сменилась корой переходного типа. Каменноугольные отложения (известняки, граувакки, кислые и щелочные вулканиты) связаны с наиболее поздней, континентальной стадией развития вост. склона У. На этой же стадии внедрилась и основная масса палеозойских, существенно калиевых, гранитов У., образовавших пегматитовые жилы с редкими ценными минералами. В позднекаменноугольно-пермское время осадконакопление на вост. склоне У. почти прекратилось и здесь сформировалось складчатое горное сооружение; на зап. склоне в это время образовался Предуральский краевой прогиб, заполненный мощной (до 4–5 км ) толщей обломочных пород, сносившихся с У., – молассой . Триасовые отложения сохранились в ряде впадин-грабенов, возникновению которых на севере и востоке У. предшествовал базальтовый (трапповый) магматизм. Более молодые толщи мезозойских и кайнозойских отложений платформенного характера полого перекрывают складчатые структуры по периферии У.
Предполагается, что палеозойская структура У. заложилась в позднем кембрии – ордовике в результате раскалывания позднедокеморийского континента и раз движения его обломков, вследствие чего образовалась геосинклинальная впадина с корой и осадками океанического типа в её внутренней части. Впоследствии раздвижение сменилось сжатием и океаническая впадина начала постепенно закрываться и «зарастать» вновь формирующейся континентальной корой; соответственно менялся характер магматизма и осадконакопления. Современная структура У. носит следы сильнейшего сжатия, сопровождавшегося сильным поперечным сокращением геосинклинальной впадины и образованием пологих чешуйчатых надвигов – шарьяжей (см. Покров тектонический ).
У. – это сокровищница разнообразных полезных ископаемых. Из 55 видов важнейших полезных ископаемых, которые разрабатываются в СССР, на У. представлено 48. Для вост. районов У. наиболее характерны месторождения медноколчеданных руд (Гайское, Сибайское, Дегтярское месторождения, Кировградская и Красноуральская группы месторождений), скарново-магнетитовых (Гороблагодатское, Высокогорское, Магнитогорское месторождения), титаномагнетитовых (Качканарское, Первоуральское), окисных никелевых руд (группа Орско-Халиловских месторождений) и хромитовых руд (месторождения Кемпирсайского массива), приуроченных в основном к зеленокаменному поясу У., залежи угля (Челябинский угольный бассейн), россыпи и коренные месторождения золота (Кочкарское, Берёзовское) и платины (Исовские). Здесь расположены крупнейшие месторождения бокситов (см. Североуральский бокситоносный район ) и асбеста (Баженовское). На зап. склоне У. и в Приуралье имеются месторождения каменного угля (Печорский угольный бассейн , Кизеловский угольный бассейн), нефти и газа (Волго-Уральская нефтегазоносная область , Оренбургское газо-конденсатное месторождение), калийных солей (Верхнекамский бассейн). Особенно У. славится своими «самоцветами» – драгоценными, полудрагоценными и поделочными камнями (изумруд, аметист, аквамарин, яшма, родонит, малахит и др.). Лучшие в СССР ювелирные алмазы добыты на У.