Spitsbergen lå fra kambrium via devon og videre klemt mellom Laurentia og Siberia, og ble formet av den kaledonske fjellkjedefolding. Den kaledonske foldingen skjedde trolig for 450–440 millioner år siden, altså i sen ordovicium, basert på studier av Ny-Friesland og Nordaustlandet. Hele vest- og nordkysten er preget av denne foldingen (tidvis kalt ), med noe nyere, muligens variskisk fjellkjedefolding i sørøst. Fjellene i øst er høyest. Midtpartiet er et 100 km bredt belte fra sør til nord og utgjør en graben som sank ned under platetektonisk aktivitet i devon-perioden. Den nordlige delen av grabenen forble uforandret devonsk, mens den sørlige delen fra Isfjorden og nedover ble dekket av hav og yngre sedimenter langt senere, mange av dem fra kvartær og tertiær.