Чуйская долина (впадина) и обрамляющий ее с юга Кыргызский хребет располагаются в пределах каледонской Улутау-Северо-Тяньшанской структурно-фациальной зоны, являющейся своеобразной структурной осью Тянь-Шаня.
На территории Чуйской долины различаются две структурно-геологические части: горное обрамление, сложенное главным образом докембрийско-палеозойскими породами; и собственно долина, имеющая двухчленное строение: докембрийско-палеозойский фундамент и мезо-кайнозойский покров.
Кыргызский хребет в основном сложен докембрийскими и палеозойскими породами, как осадочного, так и эффузивного происхождения. При этом главную роль играет мощная свита метаморфических сланцев, филлитов, хлоритовых, кремнистых, с прослоями песчаников и рассланцованных конгломератов. Склоны Кыргызского хребта, верховья реки Аспара и междуречье рек Кегеты - Ысык-Ата сложены маралайской и тюкской свитами: углистые кварцевые сланцы, карбонатно-хлоритовые, слюдяные гнейсы. Актюзская свита представлена породами эклогитовой и гранулитовой фацией, т.е. мощными (5000-6000 м.) биотитовыми и биотитамфиболовыми парагнейсами, аплитовидными ортогнейсами, мигматитами, эклогитами самого древнего - нижнепротерозойского и архейского возраста. Свита интенсивно дислоцирована в каледонскую эпоху и прорвана огромными батолитами аркозовых гранитов и небольшими жилами порфиров. Большая часть гранитов каледонского возраста и преобладают в Кыргызском хребте. Есть также герцинские интрузии.
Палеозой, в Кыргызском Ала-Too, представлен всеми породами. Выходы кембрийских пород отмечаются западнее перевала Тёо-Ашуу, вдоль оси хребта. Здесь развиты терригеновые - порфириты, песчаники и сланцы.
Ордовик в горном обрамлении обозначен двумя площадями выходов: это междуречье рек Шамши и Аспара к верховью реки Курагаты. Средний ордовик в восточной части - вулканогенно- Карбонатный. В центральной части хребта уже терригенные материалы: песчаники, алевролиты, сланцы с прослойками мраморизованных известняков (карабалтинская свита). Мощность свиты значительная.
Ордовик-силурские гранитоиды образовали Сокулукский, Ала-Арчинский и Ысык-Атинский массивы. В верховьях Мерке и Аспары (Ашмара) внедрились диориты и кварцевые диориты. Кристаллические сланцы и граниты слагают осевую часть Кыргызского хребта.
Силурийские отложения на территории района не были обнаружены, хотя некоторые исследователи считают возможным отнести к нему джарташскую мелкоземистую свиту из глинистых, филлитовых сланцев, алевролитов и др.
Девонские породы встречаются всеми отделами, главным образом в центральной части Кыргызского хребта. Здесь комплекс девонских пород представлен снизу-вверх несколькими свитами (сугандинской, кастекской и др.), состоящая из конгломератов, гравелитов, песчаников и аргиллитов.
Карбон широко развит в данном районе. Состав отложения нижнего карбона терригенный: серые конгломераты, песчаники, алевролиты - мощность их 700 м. (Ибрагимов и др., 1985). Наиболее полный разрез визейских пород установлен в долинах рек Кегеты, Ак-Суу, Кара-Балта, где он сложен серо-зелеными песчаниками, туфами, известняками (100-600м.). Намюрские породы - красноцветные песчаники, алевролиты и др., детально описаны в бассейне реки Кегеты (кегетинская свита, мощность 300м.). Средний и верхний отделы представлены выходом ортокской свиты в долине реки Шамшы.
Пермские отложения в Кыргызском хребте встречаются редко. Это и понятно: в перми Северный Тянь-Шань испытывал геоантиклинальный режим, и осадконакопление происходило лишь в отдельных позднегерцинских наложенных прогибах. Один из таких прогибов располагался в восточной части Кыргызского хребта (долины рек Шамшы, Конорчок, Кокжар-Суу, Ашукольтер), где была сформирована толща из вулканогенно-терригенных пород, мощностью 600-1700 м. (Кнауф, Королев и др., 1972).
Отложения мезозойской системы - триасово-юрская углененосная толща обнаружена на юго-западном борту Чу-Илийских гор, в 10 км. от села Благовещенка.
