Саур-Тарбагатай - складчатая горная страна. Его тектоническая структура образована в позднем палеозое при прохождении герцинской складчатости. Во время альпийского горообразования Саур-Тарбагатай обновился. На формирование современного рельефа повлияли древние оледенения, эрозийное воздействие проточных вод и новые тектонические процессы. Так, в 1990 году произошло сильное землетрясение в Зайсане, которое причинило значительный материальный ущерб.
