Волгоградская область расположена на юго-востоке Русской платформы. Примерно 1,5-2,5 млрд лет назад в архейскую и протерозойскую эры на ее территории располагался громадный горный массив, на формирование которого воздействовали такие грозные природные явления, как вулканическая деятельность, землетрясения. Постепенно горообразовательные процессы прекратились, внешние силы – вода, ветер, моря – уничтожили хребты, поверхность стала более ровной, сформировался жесткий фундамент платформы.
В дальнейшем (палеозой, мезозой, кайнозой) территория испытывала медленные опускания и поднятия, что приводило к наступлению и отступлению морей. В результате этого образовался осадочный чехол платформы. Его толщина колеблется от 400-800 м за р. Хопер до 10 км и более восточнее Волги.
Очевидно, в каменноугольный период территория области находилась в экваториальной зоне с жарким и влажным климатом. Прибрежные пространства были покрыты пышной растительностью, состоявшей из огромных лепидодендронов, древовидных папоротников, каламитов, достигающих высоты 30 м. Отмирая и попадая в заболоченные участки, органика разлагалась без доступа воздуха, что приводило к ее углефикации. Отпечатки растений часто встречаются в каменноугольных пластах.
Среди морских организмов преобладали плеченогие, кораллы, губки, которые обычны для известняков карбона (районы Жирновска, Фролове, Кременской). К концу палеозоя климат стал жарким и сухим, что способствовало накоплению мощных (до 3-4 км) пластов каменной соли, гипсов. В настоящее время пласты солей располагаются на глубине нескольких километров и только в зонах соляных куполов (Светлый Яр, Эльтон) поднимаются до нескольких сотен метров от поверхности.
На значительной части территории области к западу от Волги поверхность состоит из песков, песчаников, мела, являющихся осадками мезозойских морей. Примером может служить пласт белого мела, выступающий по берегам Хопра, Медведицы, Иловли, Дона. Его толщина достигает местами 50–60 м.
В мезозойскую эру появились первые хвойные деревья. Типичными из позвоночных, обживавших сушу, являлись пресмыкающиеся – рептилии, кости которых сейчас можно отыскать на Дону, в бассейне Балыклейки, в верховьях р. Иловли. Наиболее распространенными обитателями юрского моря считаются головоногие моллюски-аммониты, имевшие спирально закрученную раковину.
В меловых осадках на территории Волгоградской области встречаются окаменелости головоногих моллюсков – белемнитов, а также двустворок–устриц. Белемниты известны как «чертовы пальцы», их можно собрать по берегу Волги в районе с. Щербаковки (Камышинский р-н). Устрицы встречаются в карьере, расположенном близ с. Новый Рогачик (Калачевский р-н), в устьевой части р. Балыклейки и в других местах.
В отложениях мелового периода мезозойской эры наблюдаются пласты ожелезненных песчаников, которые выходят на поверхность в Жирновском, Котовском и Камышинском районах.
Климат мезозоя был теплым, влажным, а к началу следующей, кайнозойской, эры произошло похолодание и вторжение северных морей в пределы Волгоградской области.
На протяжении кайнозойской эры климат неоднократно менялся. Холодные воды начала палеогенового периода, оставившие после себя пласт опок (Опока – легкая серовато-желтого цвета порода, состоящая из кремнистых остатков водорослей днатомей), уступили место теплому морю, по берегам которого произрастала субтропическая (на отдельных этапах– тропическая) растительность. Ее остатки мы находим в районе г. Камышина на «горах» Уши. Здесь в пластах крепкого песчаника можно найти отпечатки листьев лавра, каштанодуба, магнолии, калины, корни мангровых растений. Это доказывает, что климат позднего палеогена на территории Волгоградской области был очень теплым и влажным.
Палеогеновые отложения довольно однообразны. Среди них преобладают зеленовато-серые пески и песчаники, темные глины. Эти породы можно наблюдать в районе г. Волгограда, а также по берегам Волги, Дона, Хопра.
В неогеновый и четвертичный периоды моря постепенно отступали на юг, климат становился более прохладным, континентальным. Примерно 15 млн лет назад образовались две древние реки–прообразы Дона и Волги. На Ергенинской возвышенности на поверхность выходят белые пески, которые являются наносами Палео-Дона. Древняя Волга находилась тогда в 50–80 км восточнее современной, а истоки ее располагались на Урале.