Геологическое строение месторождения Кайнама сравнительно простое. Продуктивные отложения перми и карбона, залегающие с резким угловым несогласием на денудированной поверхности дислоцированного среднего палеозоя, образуют пологую и широкую синклиналь, вытянутую в северо-западном направлении на расстояние более 40 км. На юго-западном крыле породы падают под углом 70—90° и местами даже опрокинуты. Северо-восточное крыло пологое, с углами падения 8—12°. В северной части месторождения наблюдается обратное явление: северо-восточное крыло имеет крутое падение, юго-западное — пологое. Все структуры осложнены мелкими брахискладками и дизъюнктивными нарушениями типа сбросов.
Угленосная свита мощностью более 500 м залегает под покровом молодых образований на нижней конгломератовой свите, мощность которой 250—300 м (рис. 109). Нижняя часть угленосной свиты характеризуется переслаиванием алевролитов, аргиллитов, песчаников и углей. Верхняя ее часть безугольная и представлена алевролитами, аргиллитами и песчаниками с межпластовыми телами базальтов.
Мезо-кайнозойские отложения в геологическом строении Кайнамы .играют второстепенную роль; мощность их увеличивается в северном и восточном направлениях от нескольких метров до 200 м.