Геологическое строение горной системы Сихотэ-Алинь следующее:

• Фундамент массива образуют смятые в изоклинальные складки породы рифея и кембрия. 1 Осадочный чехол сложен меловыми и кайнозойскими слабодислоцированными образованиями. 1
• Вдоль оси гор протянулся Сихотэ-Алинский антиклинорий, ядро которого заполнено в основном пермскими отложениями. 1 От Восточного синклинория антиклинорий отделяется глубинным разломом. 1 Синклинорий слагают юрские и меловые отложения. 1
• С юго-востока на северо-запад протягивается Центральный Сихотэ-Алинский разлом (сдвиговая зона). 2 К западу от него развиты тектонические клинья и покровы вулканогенных, терригенных, кремнистых, карбонатных пород и офиолитов девона, карбона, перми, триаса и юры. 2
• К востоку от сдвиговой зоны Сихотэ-Алинь сложен смятыми в складки и нарушенными разрывами терригенными и карбонатными толщами триаса, юры, нижнего мела, полого залегающими на них андезитами, дацитами, риолитами, туфами верхнего мела — палеогена и тесно связанными с ними интрузиями гранитоидов краевого вулканоплутонического пояса. 2
• На востоке горной системы тянется вулканический пояс. 1 Его слагают эффузивы верхнего мела, палеогена и неогена — мощность составляет почти 4 км. 1

В небольших впадинах (Углегорской и др.) залегают угли. 2 В северной и южной частях горной системы распространены покровы неогеновых базальтов. 2