Karadeniz Dağları, [[Alpin Orojenezi]] sonucu oluşan [[Alpin kuşağı]]nının kuzey Anadolu koludur. [[Mezozoik]] devrinde [[Tetis Okyanusu]] tabanı olan Anadolu'nun kuzey ve güneyindeki alanlara tortul malzemeler birikmiştir. Mezozoik sonunda bu malzemeler kıvrılarak su üstüne çıkmıştır. [[Oligosen]] sonunda Alp orojenezi en şiddetli hale gelmiş, Anadolu'nun kuzey ve güneyindeki araziler şiddetli kıvrılarak yükselmiştir. Yükselme önce Karadeniz Dağları’nda başlamış, sonra Toroslar'da gerçekleşmiştir. Oluşan dağlar [[Tersiyer]] sonlarında ve [[Kuaterner]] başlarında yeniden yükselmiştir. [[Oligosen]]de toplu olarak yükselen dağlar [[Neojen]] devrinde aşınarak basıklaşmıştır. Ayrıca [[Miyosen]] sonlarından itibaren dağları doğu-batı doğrultusunda [[Kuzey Anadolu Fay Hattı]] parçalamaya başlamıştır. KAF'ın etkisiyle oluşan çökmelerde Kelkit, Erbaa-Niksar, Taşova, Boyabat, Suluova, Vezirköprü, Tosya-Ilgaz, Çerkeş-Gerede, Düzce havzaları oluşmuştur<ref>{{kitap kaynağı |başlık=Türkiye Coğrafyası |son=ATALAY |ad= Prof. Dr. İbrahim|yazarbağı= |yıl= 1991|yayıncı= YENİÇAĞ|yer= Ankara|isbn=975-95527-2-8 |sayfa= |sayfalar= |erişimtarihi=Mart 12, 2015 |url=}}</ref>.
Mezozoik arazilerin hâkim olduğu kütlelerde, Ilgaz dağlarında metamorfik (başkalaşım) kayaçlar, [[Kaçkarlar]]da iç püskürük kayaçlar ([[granit]]), Köroğlu Dağları dış püskürük [[andezit]] kayaçlardan oluşur.
