古生界分为下、上两界，下古生界（包括寒武系、奥陶系和志留系）海相沉积为主，其中寒武系、奥陶系砂岩、竹叶状灰岩和笔石页岩代表浅海相沉积。上古生界（包括泥盆系、石炭系和二叠系）陆相沉积大量发育，含煤沉积广泛分布。其中石炭纪纺锤虫灰岩属较深的海相沉积，煤层属沼泽相沉积。二迭纪的硬石膏层、石膏层、岩盐层、泥灰岩和红色砂岩均属泻湖相沉积。在中国华北及东北南部，下古生界由浅海相石灰岩为主的寒武系和中、下奥陶统组成，缺失上奥陶统、志留系和上古生界的泥盆系及下石炭统。中上石炭统为海陆交互相的含煤沉积，二迭系以内陆盆地堆积为主。在南方古生界是一套巨厚的浅海相石灰岩。上二迭统早期夹有重要煤系。在东北北部，古生界为巨厚的海相沉积和海陆交互相沉积并夹有中酸性火山岩和凝灰岩。在西北古生界以巨厚的海相沉积为主，有大量火山岩和火山沉积岩，包括喜马拉雅山区在内的西藏、青海和滇西地区，出露以浅海相碳酸盐岩为主的奥陶系至二迭系。台湾的海相石炭系、二迭系均已变质。中国古生界产有丰富的矿产，如华南、华中寒武系底部的磷，泥盆系的铁、锰，华北中石炭系底部的铁和铝土矿，尤其华北中上石炭系及二迭系的煤最为重要。华南上二迭系也产有煤。
泥盆系主要分布于华南地层大区东部、北疆、天山一北山、祁连山—中秦岭，其余地区出露零散，华北地层大区东部缺失(图2-6)。其总体特征是：北疆、中天山—北山为巨厚的碎屑岩—火山岩；华南地层大区东部、南天山、南秦岭，泥盆系下部碎屑岩为主，上部碳酸盐岩为主；祁连山发育巨厚陆相磨拉石沉积；华南地层大区西部小型台地碳酸盐岩、变质碎屑岩—火山岩、复理石砂板岩相间分布；其余地区泥盆系以碎屑岩为主，东昆仑、柴达木南、北缘、赤峰以北夹火山岩较多。
塔里木—南疆地层大区的泥盆系主要分布于本区北部和南缘，岩石组合变化较大。中天山—北山以中酸性火山岩、凝灰岩为主，夹碎屑岩及少量灰岩；南天山以碳酸盐岩为主，局部夹火山岩、火山碎屑岩；塔里木陆块上以海陆交互—陆相杂色碎屑岩为主；在西昆仑中统为海相碎屑岩夹灰岩，上统为海陆交互相碎屑岩 ( 张二朋等，1998；蔡士赐，1999)。
华北地层大区的泥盆系分布于大区大区西部、北缘和南缘，其中以祁连山发育巨厚陆相磨拉石沉积、秦岭泥盆系含多金属矿为最突出的特征（张二朋等，1998；孙崇仁等，1997；侯鸿飞等，2000；高振家等，2000）。
华南地层大区的泥盆系广泛分布于本区东部（龙门山—云南丽江—金平以东至东南沿海）和北缘（南秦岭—大别山区），大区西部出露较零散。