Формування геологічної структури дна моря пов'язано з двома епохами каледонського орогенезу, коли внаслідок зіткнення Феносарматії та Канадської платформи утворилася Лавразія, а пізніше остання зіткнулась з Ангаридою (Західним Сибіром). Подальшу геологічну історію моря визначало затухання каледонського горотворення, початок рифтоутворення (рифт Білого моря), як частини загального розпаду Пангеї.