Чуй өрөөнүнүн негизги структуралары жана анын тоолор менен курчалган чөйрөсү Байкал жана Каледон орогенездери тарабынан түзүлгөн. Эң байыркы (архей - эрте протерозой) кристалдык фундамент Чуй өрөөнүнүн чыгышындагы Актюз-Боординский деп аталган тоолордун курчоосунда ачылып жатат; өрөөнүнүн түндүк курчоосунда гнейс фундамент 2-3 км тереңдикте жайгашкан, түштүк тарапта 12 км чейин тереңдеп, Кыргыз хребетинин осевой бөлүгүндө 5 км тереңдикке чейин түшөт.
Кегеты жана Ысык-Ата дарыяларынын бассейндеринде углистүү мраморлордун, мраморизованная известняктар жана кварциттердин чыгышы Байкал структуралык этабына күбөлүк кылат.
Каледониддер дөкембрий структураларынын үстүндө жайгашып, план боюнча Байкал структураларынын багытын кайталап же дөкембрийде орун алган орто массивдерди айланып өтөт.
Тоолордун пайда болушу ири разломдун пайда болушу, гранит интрузияларынын кириши, отложенилген жаратылыштын метаморфизациясы менен коштолду. Кыргыз хребети күчтүү көтөрүлүштүн натыйжасында снос аймагы болуп, Чуй өрөөнү аккумуляция аймагы болуп калды. Прогибдердин пайда болушу девондун орто ченинен башталып, складчат зоналардын чектеринде, разломдор тарабынан контролдонуучу орто массивдерде болуп өттү. Мындай эпикаледондук прогибдердин бири азыркы Чуй өрөөнүнүн аймагында жайгашкан.
Герцин складчаттыгы, интрузиялар менен коштолуп, бул геологиялык зонанын палеозойдук өнүгүүсүн аяктады. Натыйжада, Чуй өрөөнү жана тоолордун курчоосу бир бүтүн массивди түзүп, тектоникалык режимдин окшош мүнөзүн, жалпы алганда платформалыкка жакын (огромный эпигерцин платформасынын бир бөлүгү катары) түздү.
Тектоникалык иш-аракеттер неогендин аягында гана күчөтүлдү. Платформалык режим (пенеплен) курч дифференцияланган кыймылдар менен алмаштырылып, чоң амплитудадагы кыймылдар улантылды, бул төртүнчү мезгилде да улантылды.
Кыргыз Ала-Too, тоо хребети катары, альпий складчаттыгы учурунда пайда болду. Л.И. Турбиндин (1966) пикири боюнча, альпий доорундагы эң күчтүү складчат жана глыбалык кыймылдар Нарын тектоникалык фазасы учурунда болуп, неоген менен төртүнчү мезгилдин чегинде көрүнгөн. Хребеттердин вертикалдык кыймылдары өрөөндөргө карата 3,0 - 3,5 км жетти. Чындыгында, Кыргыз хребетинин тоо курулушу ушул мезгилден башталат.
Кыргыз хребетинин ичинде акыркы тектоникалык кыймылдардын мүнөзү боюнча толук бирдиктүү пикир жок. Кээ бир авторлордун (Чуй өрөөнүнүн кайнозой геологиясы, 1976) маалыматы боюнча, эң жогору көтөрүлүү ылдамдыктары (жылына 6 мм. чейин) хребеттин эң жогору бөлүгүнө таандык. Авторлор акыркы төртүнчү мезгилдин (QIII2 - QIII) акыркы бөлүгүндө негизги разломдор боюнча кыймылдардын контрастын 2-3 эсе көбөйгөнүнө жана салыштырмалуу ылдамдыктардын максимумдары батышка жылганына жыйынтык чыгарышат.
Тянь-Шань тоолорунун (Түндүк Тянь-Шань - Чуй өрөөнү) жаңы тектоникасын изилдөөгө Б. А. Федорович (1931), С.С. Шульц (1948, 1970, 1979) жана башкалар чоң салым кошушту.
Чуй өрөөнүнүн ичинде жаңы тектоникалык кыймылдар азыркы убакта да уланууда, бул аймактын жогорку сейсмикалык активдүүлүгү менен күбөлөндүрүлөт. Кыргыз Республикасынын сейсмикалык райондук картасына (Жанузаков жана башкалар, 1979) жана Бишкек шаарындагы микросейсмикалык райондук картасына (Турдукулов жана башкалар, 1995) ылайык, Чуй өрөөнү Түндүк Тянь-Шань сейсмикалык зонасында жайгашып, бул аймакта 8-9 балл жана андан жогору жер титирөөлөр болушу мүмкүн. Түздөн-түз Кыргыз хребетинде же анын чектеш аймактарында төмөнкү жер титирөөлөр катталган: Беловодское (1865), Кеминское (1911, 1999), Токмокское (1976) ж.б. Көпчүлүк жер титирөөлөр Кыргыз хребетинин Чуй өрөөнү менен чектешкен зонасына, рельефте төмөнкү предгорьялар менен белгиленген (өтүү зонасы) орун алган. Бул жерде сейсмикалык жактан эң кооптуу төрт пункт бар; хребеттин эң чыгышы (Байбичесоринский сейсмоузел), Токмок шаарында Чуй өрөөнү (Токмокский сейсмоузел), Беловодское айылында Чуй өрөөнү (Аксуйский сейсмоузел) жана Мерке айылында Чуй өрөөнү. Кыргыз хребетинин эң чыгыш перифериясы сейсмикалык активдүүлүк боюнча өзгөчө жогору. Хребеттин калган бөлүгүндө эң күчтүү жер титирөөлөрдүн эпицентрлери Чуй өрөөнүнүн чегине жылган.
Жалпысынан, тоо жыныстарынын абдан татаал жана ар түрдүү петрографикалык курамы, ландшафттын субстраты болуп, табигый компоненттердин жана геосистемалардын бир катар өзгөчөлүктөрүнө чоң таасир этет. Айрыкча гранит жана гранодиорит, гнейс интрузияларынын кеңири өнүгүшү жана алардын бузулушу Чуй өрөөнүнүн топурактарынын салыштырмалуу аз карбонаттуулугун шарттайт.
