顿涅茨煤田在构造上呈大的复向斜，其主体部分(3.6万km)为顿巴斯褶皱区。在由俄罗斯地台深大断裂所形成的近东西向坳陷中充填有较厚的石炭纪含煤沉积。顿巴斯褶皱区以西，即西顿巴斯，为一狭窄的(宽10～40km)发育有石炭纪含煤沉积的地台边缘带，位于乌克兰结晶地盾的北坡，延伸约300km，总面积约8000km。该带的东部称为南顿巴斯。煤田北部的地台边缘部分，位于沃罗涅日 (Воронеж)结晶地块的南坡，面积约1.5万km2。
煤田地台边缘部分的石炭系的总厚度不超过2～3km。由坳陷带边缘到中央，石炭系厚度逐渐增加到18km。在坳陷的西部边缘，在石炭系之上产出有巨厚(1200～1500m)的二叠系。顿巴斯褶皱区，在64%面积上，石炭系直接出露地表或被厚度不大的第四系覆盖。下石炭统杜内阶和维宪阶下部为碳酸盐岩。维宪阶上部到上石炭统是石炭纪含煤岩系的主要部分，为陆源岩石，主要由砂岩、粉砂岩和泥质岩组成，其中夹有煤层和石灰岩。下石炭统分五个岩组，中石炭统分八个岩组，上石炭统分三个岩组。
在煤田内，含煤岩系的构造型式有很大区别。在西顿巴斯和南顿巴斯，岩层大体为单斜产状，倾角2°～3°，在此背景下发育有平缓的凹陷、穹状隆起，断裂构造发育，主要为正断层，与走向横切和斜交，形成复杂的块状构造。在顿巴斯褶皱区，主要为宽阔的向斜和因被逆掩断层破坏而变形的狭窄背斜; 构造分带很明显，坳陷的中部是近东—西向延伸的大型线性构造，包括主背斜、北向斜和南向斜;在向斜中还分布有孤立而较大的次级向斜构造，这些褶皱不对称，一般与主背斜相邻的一翼较陡，另一翼较平缓。在大型线性褶皱的中央带的北部和东部地区，褶皱的规模变大，形状简单; 西北部地区，呈现链状、雁状连结的穹窿。[1]
顿涅茨煤田石炭纪含煤岩系含有300多层煤，其中近2/3的厚度小于0.45m。少数煤层的最大厚度为1.8m (偶尔达到2.5m)。在130层厚度大于0.45m的煤层中，40%～60%的厚度为0.45～0.60m;厚度大于1m的煤层数约占厚度大于0.60m的煤层数的20%。含煤性最高的是下石炭统的C1组和中石炭统的C2—C2组。在纳缪尔阶和中巴什基尔阶(C1—C2组)以及上石炭统下部(C3组)，只含个别可采煤层;上石炭统上部岩组无工业含煤性。各岩组的含煤系数有变化。
在宏观煤岩类型上，早石炭世煤与中—晚石炭世煤有明显差别。前者为半亮型煤，壳质组组分含量高，煤的挥发分产率、氢含量、发热量增高，可熔性明显增加，即使在变质程度较低时，也具有高的粘结性。后者为光亮型煤，镜质组含量占75%～95%，壳质组含量占2%～10%，其工艺性质取决于凝胶化物质的特征，具有很大变化，这与原始植物质料的聚积和埋藏条件的不同有关。该煤田的煤可区分出弱还原(“a”型)煤和还原(“B”型)煤。在变质程度相等时，弱还原煤的特点是，其挥发分、发热量、粘结性和硫含量都低，是在氧化程度较高、覆水程度浅的沼泽中形成的，其中的植物残体分散程度较低。