Các vùng đất tạo nên tỉnh Yên Bái về phương diện địa chất là tối cổ. Vào thời kỳ tiền Cambri, các đá cổ nhất đã nhô lên dọc lưu vực sông Hồng (đá phiến kết tinh hoặc biến chất phức hệ sông Hồng, đá phiến biến chất tuổi Thái Cổ và Nguyên Sinh, tồn tại trên 1.200 triệu năm) phân thành hai dải nằm giữa sông Hồng và sông Lô từ Lào Cai về Yên Bái và dọc 2 bờ sông Chảy. Ngoài đất đá cổ sinh, trung sinh còn có đất đá tân sinh - bao gồm hai kỷ đệ tam và đệ tứ, có tuổi khoảng 50 triệu năm, phân bố dọc sông Hồng, sông Lô.