В геологическом строении Ульяновского палеонтологического заказника принимают участие породы от среднеюрских до нижнемеловых. Падение пластов наблюдается по береговому откосу с севера на юг. В районе дома отдыха «Дубки» береговой склон сложен породами средне- и верхнеюрского возраста и содержит остатки морских рептилий и беспозвоночную фауну. На береговую полосу у санатория им. В.И.Ленина выходят отложения древней палеодолины, возраст которой 1,5-2 млн. лет, в них часто встречаются остатки четвертичных животных: мамонтов, носорогов, буйволов. Из этих отложений в прошлом веке А.П.Павловым были найдены кости древнего человека. Уже в наше время члены детского клуба «Плутония» нашли здесь орудия труда древнего человека[33, с. 80].
Самым представительным и интересным местом Ульяновского палеонтологического заказника является Городищенский разрез. Это обрывистый берег высотой 30-40 метров, протяженностью 3 километра от д. Городищи на юг в сторону г. Ульяновска. Со времен Палласа и Лепехина он является местом паломничества русских и иностранных геологов, так как объявлен стратотипом юрских и меловых отложений. В его последовательно налегающих друг на друга слоях содержится информация о смене жизни между двумя геологическими периодами — юрским и меловым. Здесь найдены многочисленные находки позвоночной и беспозвоночной фауны. Из отложений юры автором описан офтальмозавр ундоровский — ихтиозавр, обитавший в наших краях 150 млн. лет назад.
За Городищенским разрезом до поселка Поливна береговой склон то плавно опускается к воде, то круто поднимается утесами. Здесь выходят нижнемеловые отложения готеривского возраста с богатой фауной беспозвоночных животных, иногда встречаются остатки морских рептилий.
Ульяновский палеонтологический заказник позволяет при соблюдении определенного режима охраны собрать уникальную коллекцию неизвестных и неописанных в науке животных и создать экспозицию Ундоровского палеонтологического музея. Кроме того, собранные здесь образцы уже сейчас поступают в различные музеи России. Создание площадок, видовых стенок позволит учащимся школ, студентам и всем интересующимся естествознанием людям представить геологическое прошлое Ульяновской области.