Геологическая история Алтая насчитывает почти 2 млрд. лет, и каменная летопись гор и равнин раскрывает геологам сложность его внутреннего устройства.

Северо-западная часть территории края занята окраиной Западно-Сибирской плиты (Кулундинская впадина), а восточная и южная - складчатыми горными сооружениями Салаирского кряжа. Земная кора, имеющая трехслойное строение, достигает толщины от 40-42 до 50-55 км, увеличиваясь под горными массивами (так называемые корни гор).

Равнинные территории края охватывают Кулундинскую тектоническую впадину, для которой характерна значительная мощность осадочных толщ (до 100-1200 м). По данным геологических изысканий, восточная и юго-восточная части края представлены Алтайско-Салаирской складчатой системой, сопряженной на юго-западе со структурами Западного (Рудного) Алтая.

В отдаленном прошлом территория края была занята обширной океанической акваторией, островными цепями, близ которых формировались песчаные, глинистые и известковые осадки, ныне представленные кристаллическими сланцами (Теректинский хребет, берега Телецкого озера и др.). Последующие подвижки и поднятия земной коры сопровождались вулканической деятельностью, следы которой сохранились в форме вулканогенно-осадочных толщ. Около 1,5 млрд. лет назад поднимающиеся участки земной коры слились в обширное подводное вздутие, по окраинам которого накапливались толщи известковых и известково-кремнистых осадков, выходящих ныне на поверхность в виде скалистых уступов из известняка и кварцитов северного фаса Горного Алтая.

Именно в таких отложениях Катунского хребта найдены наиболее древние на Алтае следы некогда живших организмов. Это были предки современных сине-зеленых водорослей. Они нередко слагали целые прослои водорослевых известняков. Например, скальные выходы выше по Катуни от с. Усть-Сема. В толщах таких известняков образованы известные Талдинские пещеры, расположенные недалеко от пос. Известкового на левой стороне долины Катуни.

Лесостепь Алтая.

Интрузивные образования можно встретить всюду. Ими сложены известковые скалы (бомы) близ устья р. Яломан на Чуйском тракте, котловины ряда озер, пороги на Бие и Катуни. С гранитными массивами близ Белокурихи связаны выходы целебных радоновых источников, снискавших всесоюзную известность. Около 300-350 млн. лет назад территория юга края подвергалась мощным морским вторжениям, сменившимся новыми горообразовательными процессами, постепенно превратившими ее в сушу, которая достигла значительных высот. Серия складчато-глыбовых тектонических перемещений сформировала основные черты горной страны, у северного фаса которой продолжали накапливаться осадочные толщи. По данным геологов, этот новейший этап относится к рубежу палеоген-неогенового периода, когда сформировались основные элементы рельефа. Позднее интенсивными подвижками вся территория края была приподнята до 50 м на севере и до 3500 м на юге в наиболее высоких хребтах. Поднятие сопровождалось врезом речных систем, образованием выступов, подобных северному склону (фасу) Алтая, имеющему протяженность около 250 км и амплитуду высот до 400-750м.

Сложная геологическая история определила разнообразие полезных ископаемых, встречающихся в недрах Алтайского края. Среди них золото, ртуть, железные и марганцевые руды и др. Добыча золота, по данным археологов, велась еще в третьем тысячелетии до н.э. Следы золотодобычи в виде отвалов в поймах р. Лебедь, Бия, Садра, Чарыш сохранились до сих пор. В золотоносных отложениях встречались крупные, до 2-3 кг, самородки. Проявления рассыпного золота известны по р. Ануй, Пыжа, Кокса и др. На золотоносных месторождениях создан рудник Веселый. Известное месторождение ртути близ пос. Акташ явилось базой развития Акташского металлургического завода.

С давних пор на Алтае велись разработки и железных руд. Многочисленные древние горные выработки со следами железоплавильного производства в виде кусков шлака, обломков руды были найдены археологами во многих местах Алтая. Поисками геологов выявлены и разведаны железорудные месторождения в Холзунском, Сайлюгемском, Тигирецком хребтах. Есть на Алтае и месторождения легирующих металлов - марганца, вольфрама, молибдена, никеля, кобальта, титана.

В равнинной части края много соленых озер, служащих базой химической промышленности. Мирабилит есть в Кучукском и Кулундинском озерах. Поваренная соль добывается в Бурлинском, Яровом озерах. Среди содовых озер выделяются Михайловские и Петуховские. По запасам минеральных солей Алтаю принадлежит одно из первых мест в стране.

В крае есть и минеральное строительное сырье (известняк, мрамор, песчаник, мергель, гипс и др.), широко используемое в практике. Горючих ископаемых на Алтае немного. Выходы каменного угля известны в Курайской степи. Близ пос. Чаган-Узун есть бурый уголь. Встречаются и источники минеральных вод. Это - термальные, Джумалинские источники, Аржан у р. Курайки, Чаганузунский. Интересен так называемый "Шоферский ключик" (Аржан-суу, "Золотой ключик"), воды которого содержат медь. Близ устья р. Чулышман находится источник "Серный Аржан" (Чулышманский аржан) с высоким содержанием сероводорода.

Северо-Чуйский хребет.

Сложная геологическая история нашла свое отражение и во внешнем облике края. Его рельеф представлен самыми различными формами: плоскими, как стол, равнинами, всхолмленными плато, резко расчлененными низкогорьями и скалистыми пиками. Кулундинская равнина, занимающая запад края, плоская, с уклонами, исключающими возможность эрозионного расчленения, расположена на высотах 100-200 м. Лишь многочисленные бессточные впадины с озерами и солончаками да бугристые и грядовые формы рельефа, созданные ветром, разнообразят ее. Далее к востоку ясно различимым уступом в 50-100 м поднимается Приобское плато с довольно густой сетью оврагов, балок, долин, небольших водотоков. Главная черта рельефа плато - сохранившиеся широкие, до 20 км, ложбины древнего стока с невысокими водоразделами, плоскими и слабоизрезанными. За широкой долиной Оби простирается Бийско-Чумышская возвышенность, переходящая в Предсалаирскую равнину, а затем в невысокий (400-500 м) Салаирский кряж, отделенный на юге от Алтая р. Неней. Холмисто-увалистый рельеф Салаира сильно расчленен густой сетью долин.

Полосой волнистого рельефа предалтайских предгорных равнин отделена Западная Сибирь от собственно Алтайских гор. Рельеф их, переживший длительную тектоническую историю, был сравнительно недавно (около 10 млн. лет) обновлен неотектоническими движениями, проявившимися в сводовом поднятии и блочном перемещении гигантских масс земной коры. Эти молодые движения сопровождались интенсивным эрозионным расчленением, уничтожившим почти полностью остатки некогда всхолмленной, так называемой пенепленизированной, поверхности.

Алтай является западным краем мощного пояса гор Южной Сибири, поднятым в виде огромного свода на высоту более 4000 м. Эрозионные и гляциальные процессы моделировали тектонические сооружения и определили современный облик рельефа с комплексом тектонических ледниковых и водно-эрозионных форм.

Сложная система хребтов с массой отрогов разной высоты и протяженности в упрощенном варианте представляется следующим образом. От мощного горного узла Табын-Богдо-Ола, с его куполовидными вершинами, отходит, постепенно снижаясь, южная ветвь хребтов - Южный Алтай, Сарымсакты и Нарымский к западу и Сайлюгем и Чихачева к востоку. К северу от этой горной дуги, отделенной высоким Укокским плато и Чуйской котловиной, развернут веер хребтов, составляющих каркас этого горного мира. Одна, почти субширотного простирания ветвь гигантской решетки составлена Южно-Чуйским, Катунским и Холзунским хребтами. Последний в северо-западной части ветвится в широтном направлении в хребты Ивановский, Ульбинский и Убинский. Эта линия хребтов наиболее высокая на Алтае. Здесь поднимается высочайшая гора Сибири - Белуха.

Гора Белуха. Западное плато.

Вторая линия хребтов - Северо-Чуйский, Теректинский, Бащелакский - проходит несколько севернее. От стыка Теректинского и Семинского хребтов, постепенно снижаясь, устремляются в северном направлении Чергинский, Ануйский, Бащелакский хребты. Наконец, третья ветвь, образованная из Курайского, Айгулакского и Сумультинского хребтов, вытянута почти меридионально. Основной, веерообразный рисунок горной области усложнен примкнутыми с востока плосковерхими хребтами Чулышманским и Шапшальским и серией менее высоких, нежели главные цепи. Следуя понижающимся крыльям огромного свода и рассекающим его разломам, горные реки прорезали глубокие долины с крутыми склонами. Понижение от центра Алтая к периферии имеет ступенчатый характер, подчеркиваемый распределением растительности. В гигантских ступенях сохранились остатки древних выровненных поверхностей.

Чем дальше в глубь горной страны, тем ярче будет виден контраст глубоких долин и крутых склонов высоких хребтов, тем отчетливее проступит роль воды, снега и льда в формировании внешнего облика горных громадин. Осевые участки хребтов повсеместно видоизменены древними ледниками, деятельность которых зафиксирована в островершинных пиках и карлингах, карах и корытообразных долинах со множеством красивых озер. Моренные холмы, гряды, следы оползней, селей, лавин - все это указывает на большую активность рельефообразующих процессов.