在5亿年前的寒武纪，新疆的昆仑山、天山和阿尔泰山都不存在，塔里木和准噶尔两大盆地也没有形成。新疆西部是一片汪洋大海，称塔里木海盆，也叫塔里木海。2亿年前的二叠纪，是新疆海域变迁最剧烈的时期。大约2.3亿年前，地球又经历了一次强烈的构造运动。受这次构造运动的影响，新疆出现大规模海退，海域面积急剧缩小，新疆自第三纪初期以后，海水全部退出。随后，帕米尔高原出现，阿里荣海峡封闭。自此，海水再未进过新疆。在新构造运动中，青藏高原被抬升到海拔 5000多米的高度，帕米尔高原、天山、阿尔泰山也都相继隆起，新疆真正成为欧亚大陆的腹地。