Архипелаг Новая Земля сложен главным образом породами палеозойского возраста, которые сверху покрыты четвертичными отложениями. Наиболее древние породы на архипелаге кембрийского возраста - черные филлиты, песчаники, глинистые сланцы и конгломераты с фауной трилобитов.В геологическом прошлом приморские участки суши архипелага были покрыты многометровыми толщами раннечетвертичных покровных ледников. Когда ледники отступили, началось постепенное изостатическое поднятие морского дна, которое продолжается и сейчас со скоростью около 5-6 мм в год.

Вполне вероятно, что эти участоки суши освободились из-под моря примерно 7 600 лет назад. Одно из свидетельств подобного процесса - характерный для бывшего морского дна ландшафт современной территории. Это - сглаженные действиями ледника и морских волн формы невысоких гряд (сопок) с неглубокими, по значительными по площади впадинами между ними, небольшие абсолютные высоты. Ледниковые процессы и действия морских волн привели к тому, что твердые коренные породы, слагающие архипелаг (граниты, песчаники, сланцы, известняки и другие), сверху покрыты чехлом рыхлых ледниковоморских отложений толщиной до 1,5-2,5 м Поэтому на островах встречаются песчано-щебнистые грунты с вулканами и окатаной морем галькой.

На дальнейшее развитие природных комплексов Новой Земли существенное влияние оказывали обшепланетарные (глобальные) процессы изменения климата. Последний период потепления климата, например, голоценовый климатический максимум, когда температура воздуха была на несколько градусов выше современной, бесснежный промежуток белее продолжительный, а зима - мягче. В такое время на архипелаге развивались растительные сообщества, близкие по составу к современным растительным группировкам материковых тундр. Понижения рельефа, по берегам ручьев были заняты осоковыми и злаково-осоковыми болотами, а обширные низины с блюдцами мелких водоемов зарастали гипновыми мхами.

Здесь образовывались своеобразные гипновые болота с массовыми зарослями мхов на дне и по берегам водоемов. На таких болотах росли некоторые обычные в более южных районах, в основном на юге Арктики и в Субарктике (как ныне на острове Вайгач, в Большеземельской и Малоземельской тундрах), теплолюбивые болотные растения, например, сабельник болотный, ивы. В заболачивающихся понижениях рельефа и озерах шло активное торфонакопление. Оно продолжается и сейчас. Мощность торфов дестигает максимальной толщины 1,2 м. Этот процесс приводит к исчезновению озер в результате полного заполнения озерных ванн торфом.