В основании Западно-Сибирской равнины лежит Западносибирская плита. На востоке она граничит с Сибирской платформой, на юге - с палеозойскими сооружениями Центрального Казахстана, Алтая и Салаирско-Саянской области, на западе - со складчатой системой Урала. Северная граница плиты неясна, она покрыта водами Карского моря.
В основании Западносибирской плиты находится палеозойский фундамент, глубина залегания которого составляет, в среднем, 7 км. Наиболее древние докембрийские и палеозойские горные породы в Западной Сибири выходят на поверхность лишь в горных районах ее юго-востока, в то время как в пределах Западно-Сибирской равнины они скрыты под мощным чехлом осадочных пород. Западно-Сибирская равнина - молодая погружающаяся платформа, скорость и величина погружения отдельных участков которой, а следовательно, и мощность чехла рыхлых отложений, весьма различны.
Образование Западносибирской плиты началось в верхней юре, когда в результате обламывания, разрушения и перерождения огромная территория между Уралом и Сибирской платформой опустилась, и возник огромный седиментационный бассейн. В ходе своего развития Западносибирская плита не раз захватывалась морскими трансгрессиями. В конце нижнего олигоцена море покинуло Западносибирскую плиту, и она превратилась в огромную озерно-аллювиальную равнину. В среднем и позднем олигоцене и неогене северная часть плиты испытала поднятие, которое в четвертичное время сменилось опусканием. Общий ход развития плиты с опусканием колоссальных пространств напоминает не дошедший до конца процесс океанизации. Эта особенность плиты подчеркивается феноменальным развитием заболоченности.
Остается много неясного и спорного в вопросах о характере, размерах и количестве древних оледенений этой территории. Считается, что ледники занимали всю северную часть равнины к северу от 60o с.ш. Вследствие континентальности климата и небольшого количества осадков ледники на Западно-Сибирской равнине были маломощны, малоподвижны и не оставляли после себя мощных моренных накоплений.
Западная Сибирь находится почти на одинаковом расстоянии как от Атлантического океана, так и от центра континентальности Евразии, поэтому ее климат носит умеренно континентальный характер. Зимой и в летнее время, когда циклоническая деятельность, а с ней и поступление атлантического воздуха ослабевают, в Западную Сибирь поступает арктический воздух. Глубокому проникновению арктических воздушных масс способствует равнинность местности и открытость ее к северу.
Средняя температура января уменьшается от -15(С на юго-западе до -30(С на северо-востоке Западной Сибири. Средняя температура июля увеличивается от +5(С на севере до +20(С на юге. Наибольшей континентальностью отличается северо-восток Западной Сибири, где разности средних температур января и июля достигают 45o.
