Geologisch-tektonisch stellt das Donez-Steinkohlenbecken ein großes Aulakogen dar, das sich seit dem Oberdevon in dauernder, ungleichmäßiger Absenkung befand und von mächtigen, diskordant lagernden Sedimenten aufgefüllt wurde. Auf den ältesten, den oberdevonischen Kalken erreicht das Karbon mit Sand- und Kalksteinen sowie Kohlen in der zentralen Achse bis 18 000 m Mächtigkeit.