Этот массив с докембрийским основанием — крупнейшая структура внешней зоны Андийского пояса Южной Америки, имеющая площадь около 400 тыс. км2. В докембрии массива выделяют два комплекса: глубокометаморфизованный нижний и верхний, для которого характерна зеленосланцевая фация метаморфизма. Нижний комплекс сложен разнообразными гнейсами, мигматитами, амфиболитами и мраморами, прорванными крупными гранитными интрузивами или синтектоническими телами порфировидных гранитоидов. Их сопровождают многочисленные дайки аплитов и пегматитов. Простирание складок метаморфических пород основания, относимого к среднему докембрию, в основном меридиональное. Уровень метаморфизма, как правило, соответствует амфиболитовой фации, реже это низы гранулитовой фации. Возраст пород нижнего комплекса, определенный Rb-Sr методом, составляет 1300-1400 млн лет.
Верхний комплекс, именуемый также верхнедокембрийским, сравнительно хорошо изучен на северном обрамлении Пампинского массива. Это преимущественно филлиты и глинистые сланцы, в меньшей степени кварциты и линзы известняков. Породы интрудированы посттектоническими гранитоидами, в основном фанодиоритового состава; на контактах развиты роговики и местами скарны. Синтектонических интрузивных образований здесь нет. Абсолютный возраст, установленный несколькими методами по фанодиоритам, составляет 530 ± 20 млн лет, что свидетельствует о кембрийском этапе орогении.
В аргентинских провинциях Лa-Риоха, Катамарка, Сан-Хуан, Мендоса и Тукуман имеются многочисленные пегматитовые жилы уран-редкоземельного ряда полевошпатовой формации. Они приурочены к выходам пород формации Антинако, относящейся к нижнему докембрийскому комплексу. Это кварцево-слюдяные кристаллические сланцы, кварциты, реже гнейсы и эктиниты, пронизанные синтектоническими гранитоидами формации Пайман.
Единственным проявленным в Пампинском массиве типом собственно редкоземельных пегматитов является уран-редкоземельный ряд полевошпатовой формации. Его практическое значение невелико, так что многочисленные представители глубинных пегматитов, встречающиеся в нескольких точках региона, остаются малоизученными.