Zonguldak İli'nin temeli paleozoik yaşlı devoniyen ve karbonifer oluşumlarla kaplıdır. Bu temel jeolojik yapı kuzeyde ve il merkezi çevresinde bozulmuş kıvrılmış, parçalanmıştır. Kırıklar yer yer kuzeydoğu, güneybatı doğrultusunda, kıyıya koşut uzanır. Kıyı şeridinin temelinde karbonifer yaşlı oluşumlar, üzerinde de kretase yaşlı konglomeralarla kaplı bir alan uzanır. Geniş bir alana yayılan kretase yaşlı kalkerler yer yer karstik oluşumlara (İldeki mağaralar bu karstlaşma evresinde oluşmuştur) yol açmıştır. İlin güney kesimindeki jeolojik yapıda kalker, greli kalker, marn gibi tersiyer yaşlı flişler yer alır.