远古时期

五大连池地区尚未发现25亿年前残留的地质遗迹，其更久远的地质面貌尚不可考。大约在距今8亿——6亿年期间，本区及周边地区处于古陆地的边缘，接受从古陆地来的砂，泥等碎屑物的沉积，固结成岩石，还有火山喷发活动遗留下来的熔岩，后来这些岩石经过漫长的地质作用而变质，更加坚硬。目前，在五大连池地区东部、东南部及西南部地带的地下深部都有这套古老的变质岩系分布。

在距今6亿年前，本地区地壳上升成为陆地，古老的变质岩系裸露地表，长期遭受风化，剥蚀作用，没有遗留下来较厚、新的沉积物。

中生代时期

在距今2.48亿年始，进入中生代时期，有多次岩浆入侵并吞蚀了部分古老变质岩系，形成年龄为2.05亿年及1.36一1.39亿年的花岗岩，本地区才形成由花岗岩及古老变质岩系拼合基底。在药泉湖北、小洪山等地的花岗岩都是这个时期形成的。从2.48亿年以来，本地区一直在缓慢上升，长期遭受风化、剥蚀作用。在接近0.975亿年前后，松嫩平原周边地区(大、小兴安岭等地)急剧上升，而中部沉降，形成大型坳陷盆地——松辽盆地，逐渐形成大型湖泊。在距今0.975亿年至0.602亿年期间(晚白平世)松嫩盆地逐渐扩大，逐渐向北扩展，这时五大连池地区开始下沉被湖水淹没.成为松嫩大湖泊的北部边缘，从邻近山地搬运来的泥.砂在湖中沉积，形成滨湖相——河湖相碎屑沉积(砂、泥)，后来固结成岩石，形成地质学所称的晚白垩系嫩江组碎屑沉积岩(砂岩、泥岩)。因在此时期湖水较温暖，水生生物较发育，可见有叶肢介、介形虫化石。

在五大连池地区处于松嫩大湖的北部边缘时期，由于古地形及沉降速率不一，造成湖底高低不一，在药泉湖东北、小平山，小洪山等地地形较高一直露出水面，为隆起区，缺少沉积物或很薄;而在卧虎山以西和东部五大连池农场四队一带，为两个坳陷区，沉积了较厚的晚白垩世中期的地层，最厚可达400米。在白垩世后期五大连池地区缓慢上升，湖水逐渐变浅，最后湖水退出;本区又成为陆地，从晚白垩世末期始，本区一直处于隆升阶段。

新生代时期

第三纪时期，本区一直处于上升。

当进入第四纪时期（243万年以后），五大连池地区的西北地带上升幅度大，即现在大庆农场一带地形较高，成为丘陵地形，而在中南部及东南部地区上升幅度小，呈低洼地形，形成了西北高、东南低的地形基本格局，古讷莫尔河从北东方向进入本区东南部边缘，向西南方向流去，区内中南及东南部低洼地带的溪流都向东南流，汇入讷莫尔河。现在大庆农场一带为本区最高处，大庆农场以北地区是向北倾斜的地形，为一条向北开口的宽谷，有溪水向北流去。

本区进入第四纪以来，开始出现火山喷发新的地质历史时期。

格拉球喷发期

在距今207万~210万年期间，在五大连池地区西北地带发生了第四纪时期第一期火山喷发活动，火山喷发地点应在现北格拉球山以北，为盾火山宁静溢出式喷发，规模较大，熔岩沿向北开口的宽谷向北溢流，形成大面积的格拉球熔岩台地，直至现在东风水库。这期火山喷发是区内所发现最早的一期，称为格拉球喷发期（南北格拉球山不是此期形成的，形成时间较晚）。