У будове архіпелага ўдзельнічаюць, як правіла, каледаніды (падобныя на каледаніды Грэнландыі). У склад Шпіцбергена ўваходзяць і больш старажытныя пароды, (байкальскай складкаватасці); верагодна, гэта частка баранцаваморскай пліты, якая мае пратэразойска-раннекембрыйскі ўзрост. Большая частка фундамента Шпіцбергена фарміравалася на актыўнай ускраіне старажытнага акіяна каля 500 млн. год назад, у раннім ардовіку, і ўяўляе сабою магматычныя фармацыі астраўных дугаў, моцна змятыя пад час сутыкнення кантынентаў у сілуры (450—440 млн. год назад). Шпіцберген у сілуры вытрымаў моцнае падняцце і вулканічныя вывяржэнні. 400 млн. год назад Скандынавія была ўжо злучана з Грэнландыяй, дзесьці паміж імі знаходзіўся і Шпіцберген. У познім палеазоі месцамі адбывалася пранікненне гранітоідаў, у тую эпоху ўтварыўся шэраг рудных радовішчаў. Архіпелаг доўгі час міграваў па мантыі Зямлі і пабываў у розных кліматычных зонах. Ва ўмовах цёплага клімату ўтварыліся вялікія залежы каменнага вугалю.