Д. у. б. относится к числу политипных: Старому Донбассу присущи черты угольных бассейнов геосинклинального типа; к З. от Красноармейска и к С. от Ворошиловграда появляются признаки переходного и платформенного типов угольных бассейнов. В пределах Старого Донбасса основным структурным элементом является Главная антиклиналь, протягивающаяся вдоль линии Горловка—Горная. С севера к ней примыкает Главная синклиналь, разделённая поперечным поднятием на Бахмутскую и Садкинскую котловины, с Ю. — Кальмиус-Торецкая котловина с её восточным замыканием — Чистяковской синклиналью и расположенной восточнее упомянутого поднятия — Шахтинско-Несветаевской синклиналью; каждая из этих региональных геологических структур осложняется структурами местного значения. На прилегающих к Украинскому и Воронежскому кристаллическим массивам склонах, а также между Артёмовском и Павлоградом породы каменноугольной системы образуют куполовидные складки, западнее Павлограда и в районе Старобельск—Миллерово они имеют моноклинальное пологое, почти горизонтальное залегание. На площади бассейна широкое развитие имеют сбросы и надвиги различной амплитуды (особенно в северной части Старого Донбасса).
Угленосность. Пласты и прослои углей характерны для всего разреза каменноугольной системы, для отложений верхнего палеогена и нижнего неогена северо-западной части бассейна. Пласты углей каменноугольной системы располагаются через каждые 20—40
Кроме угля, Д. у. б. богат и др. полезными ископаемыми: в северо-западной части имеется ряд месторождений природного газа (в том числе очень крупное — Шебелинское), в районе Артёмовска и Славянска разрабатываются месторождения каменной соли; в западной части Главной антиклинали — крупное Никитовское сурьмяно-ртутное месторождение; в Лисичанском районе и у Славянска — залежи мела (для содовой промышленности); в Амвросиевском и др. районах — меловые мергели (для получения цемента). Имеются флюсовые известняки и доломиты (главным образом в Волновахском и Старобешевском районах), кварциты, огнеупорные глины и формовочные пески, песчаники, известняки и кристаллические породы, используемые для промышленного и жилищного строительства, и минеральные краски.
Экономико-географический очерк. Первые угольные копи промышленного значения были открыты с целью обеспечения топливом Луганского металлургического завода, построенного в 1795—97. Однако он вскоре был закрыт и выплавка чугуна на каменном угле возобновилась только в 30-х гг. 19 в.; из-за отсутствия транспорта и по др. причинам до 60-х гг. добыча была незначительной: за 1796—1806 добыто всего 40 тыс.