В начале палеозоя на месте Урала располагалась геосинклиналь, где в нижнем палеозое проявилась каледонская складчатость, сопровождавшаяся образованием складок, интрузивов и поднятием отдельных участков. Затем после значительного перерыва последовала основная герцинская складчатость, которая началась в среднем карбоне на восточном склоне Урала, несколько позднее распространилась на его центральную часть, а в перми захватила западный склон горной системы. Герцинский тектогенез наиболее интенсивно проявился на востоке Урала, где складки сильно сдавлены, нередко опрокинуты, осложнены надвигами и разбиты глубинными продольными разломами, по которым внедрялись преимущественно гранитные интрузивы. Напротив, на западном склоне тектогенез проявился слабее, в связи с этим здесь преобладают простые складки, реже встречаются надвиги и почти отсутствуют интрузивы.
В результате герцинского орогенеза возникло горное сооружение Пра-Урал, в котором хребты соответствовали антиклино-риям, впадины – синклинориям, а значительные уступы, выраженные в рельефе, – разломам. Затем в течение геологически длительного времени поднятия подверглись денудации, асинклинальные впадины заполнялись продуктами разрушения ближайших хребтов и кряжей. В конце мезозоя и палеогене Пра-Урал был превращен в почти равнину с относительно небольшими превышениями на междуречьях и широкими речными долинами.
В неоген-четвертичном периоде имели место неотектонические дифференцированные глыбовые движения. При этом западная часть Урала, включая осевую его полосу, испытала значительное поднятие. Современные высоты здесь достигают 1895 м, а восточная часть Урала подверглась относительно слабому общему поднятию и соответственно высотные отметки редко превышают 500–600 м, в целом понижаясь с запада на восток примерно до 200 м.
Тектонически Урал представляет собой мегантиклинорий, ориентированный в целом в меридиональном направлении и состоящий из нескольких антиклинориев, разделенных синклино-риями. Эти крупные складчатые структуры несут следы длительной денудации. Они нередко осложнены преимущественно продольными разрывами и надвигами. В пределах Урала в направлении с запада на восток выделяется несколько основных структурно-тектонических зон (полос).
Зона Предуралъского краевого прогиба заходит в пределы Урала своей восточной окраиной. Она прослеживается у западного подножия Урала от Пай-Хоя до Мугоджар и состоит из ряда глубоких впадин, выполненных мощными осадочными толщами в основном верхнего карбона и перми, смятыми в крупные складки.
Складчатая зона западного склона Урала наиболее типичном виде выражена на Южном Урале. К ней относятся Башкирский антиклинорий, лежащий в излучине реки Белая, и Зилаир-ский синклинорий, расположенный южнее. В сложении зоны принимают участие осадочные девонские, каменноугольные и пермские отложения. Магматические породы имеют незначительное распространение.
Для Предуралъского краевого прогиба и складчатой зоны западного склона Урала характерны полезные ископаемые, генетически связанные с формированием осадочных толщ. Это нефть, природный газ, каменный уголь (восточные районы Печерского бассейна, Кизел), соли калийные и поваренная, фосфориты, строительные материалы (в частности, известняки, доломиты).
Антиклинальная зона осевой части Урала охватывает Урал-тауский, Центрально-Уральский и Пайхойский антиклинорий. Зона преимущественно сложена сильно метаморфизованными рифейскими и нижнепалеозойскими породами (кварцитами, кристаллическими сланцами). Встречаются гранитные и перидотитовые интрузивы.
Зеленокаменная зона Магнитогорского, Нижнетагильского и Щучъинского синклинориев протягивается вдоль восточного склона Урала. Синклинорий сложены вулканогенными породами силура, девона и нижнего карбона, которые претерпели в связи с дислоцированностью "зеленокаменное перерождение". Здесь широкое распространение получили интрузивы габбро, дунитов и пироксенитов. На Южном Урале имеются мелкие массивы змеевиков.
Зона Урало-Тобольского (Восточно-Уральского) антиклино-рия развита в возвышенной части Зауральского плато, включая водораздел рек Урала и Тобола. Она сложена эффузивными породами и туфами преимущественно основной магмы рифея, нижнего и среднего палеозоя. Эти образования сильно дислоцированы и превращены в сланцы и зеленокаменные толщи. Для зоны характерны громадные гранитоидные массивы герцинского и более древнего возраста.
Зона Восточно-Уральского (Аятского) синклинория прослеживается на востоке Зауральского плато. В ее сложении принимают участие сильно измененные осадочные палеозойские породы, прорванные гранитными интрузивами. Восточное складчатое палеозойское основание постепенно погружается и перекрывается осадочными толщами неогена, палеогена и мезозоя уже в пределах Западно-Сибирской равнины.
Антиклинальная осевая часть Урала и прилегающие зоны восточного склона и Зауральского плато имеют многочисленные месторождения полезных ископаемых, связанных преимущественно с интрузивами, обнаженными в результате денудационного среза. Это прежде всего месторождения руд железных (Качканарское, Новорудный, Кушва, Магнитогорское и др.), медных (Блявинское, Сибаевское, Красногвардейское), хромитовых, никелевых, алюминиевых. Есть месторождения жильного и россыпного золота, драгоценных и поделочных камней, а также бурого угля (Копейское, Карпинское месторождения).
Рельеф Урала несет следы древней длительной денудации и воздействия неотектонических движений, которые способствовали усилению эрозионных процессов и общему омоложению поверхности страны. Характерной особенностью Урала является ярусное строение рельефа. При этом на отдельных его отрезках ярусность проявляется по-разному. Ее усложнение отмечается в наиболее высоких частях горной системы, упрощение – в относительно низких. Обычно ярусы увязываются с денудационными поверхностями. Исследователи установили два основных древних уровня денудации Урала. В относительно высоких частях Урала прослеживается вершинная денудационная поверхность на высоте 900–1300 м. В пониженной части Среднего Урала она снижается до 600 м, на Полярном Урале местами находится еще ниже. Хорошо развита также вторая денудационная поверхность. Она выражена в западных и восточных предгорьях Урала, а также на Зауральском и Зилаирском плато преимущественно в высотном интервале 200–500 м, но на Приполярном Урале поднимается до 800 м.
Пенеплен Зауральского плато был перекрыт отложениями морской трансгрессии палеогена, вторгшейся со стороны Западной Сибири. Во время этой трансгрессии была создана абразионная равнина, протянувшаяся широкой полосой вдоль восточного склона Южного, Среднего и значительной части Северного Урала. Наступившее затем новейшее поднятие привело к усилению эрозии и размыву морских осадков, перекрывавших Зауральский пенеплен.
Новейшее поднятие, особенно западного склона и осевой полосы Урала, способствовало активизации эрозионных процессов и формированию эрозионного низкогорного и среднегорного рельефа.
На междуречье Сакмары и Урала и южнее широтного отрезка реки Урал наблюдается эрозионный мелкосопочный рельеф. Он представляет собой лабиринт эрозионных холмов, вершины которых располагаются на уровне расчлененного древнего пенеплена.
Распространение на Урале карбонатных и гипсоносных пород обусловило, особенно в местах развития лесов, формирование карстового рельефа преимущественно на западном склоне (бассейны рек Белой и Чусовой). Здесь встречаются воронки и провалы, развиты свежие полья, есть пещеры.
Урал (примерно севернее 59° с.ш.) в плейстоцене подвергался оледенению. На севере Полярного и на Приполярном Урале есть каровые и карово-долинные леднички. Их насчитывается более сотни при общей площади оледенения около 25 км2. Они лежат ниже климатической снеговой границы и существуют благодаря навеванию снега в ветровой тени склонов. Здесь характерны горно-ледниковые формы рельефа – кары, троги, есть моренно-подпрудные озера.
Близ верхней границы леса и выше на Урале нередко располагаются россыпи каменных глыб (курумы) на плоских вершинах и пологих склонах. На относительно более крутых склонах можно наблюдать "каменные потоки" медленно перемещающихся по склонам каменных глыб.
У западных подножий Полярного Урала лежат моренные равнины валдайского оледенения, а близ поднятий северной части Пай-Хоя находятся морские равнины с термокарстовыми формами рельефа.