Фундамент Южно-Американской платформы состоит из разновозрастных блоков, консолидированных от архея до раннего палеозоя. Наиболее крупные выступы фундамента — Гвианский, Западно-Бразильский и Восточно-Бразильский щиты; первые два щита почти целиком состоят из глубокометаморфизованных и интенсивно-деформированных пород архея и нижнего протерозоя (гнейсы, кристаллические сланцы и граниты), а также средне- или верхнепротерозойских гранитов типа рапакиви. Восточно-Бразильский щит включает отдельные блоки раннего докембрия (массив Сан-Франсиску и др.), разделённые и окаймленные геосинклинальными складчатыми системами позднего протерозоя. В кембрии-ордовике в их древний фундамент внедрились многочисленные интрузии гранитоидов и сопровождающих их пегматитов. На Гвианском и Западно-Бразильском щитах сохранились слагающие водораздельные участки останцы древнего, протоплатформенного чехла, сложенного красноцветными обломочными толщами и покровами базальтов с дайками и силлами габбродиабазов; более молодой чехол (средний — верхний палеозой и мезозой) выполняет впадины платформы. В конце карбона — начале перми территория к Ю. от Амазонки была охвачена покровным оледенением. Потепление климата привело к смене ледниковых отложений (тиллитов) угленосными (нижняя пермь), а затем аридными — преимущественно песчаниками (верхняя пермь— мел).
Широтная Амазонская впадина заложена в конце докембрия — начале палеозоя вдоль крупной зоны разломов, разделившей Гвианский и Западно-Бразильский щиты. Древняя полоса впадин меридионального простирания отделяет Восточно-Бразильский щит от Западно-Бразильского; её среднее звено — впадина Сан-Франсиску — наложена на одноимённый древний массив и развивалась в основном в конце докембрия. Северная и южная впадины — синеклизы Мараньян (Паранаиба) и Параны — сложены средним и верхним палеозоем и мезозоем, причём в синеклизе Параны широко развиты базальтовые покровы, силлы и дайки основных пород (траппы) преимущественно раннего мела. В позднем мелу — раннем палеогене в пределах Восточно-Бразильского щита возникли многочисленные интрузии ультраосновных-щелочных пород, в том числе щелочных гранитоидов.
Южная часть Южно-Американской платформы — Патагонская плита — отличается наиболее молодым, включающим низы палеозоя, фундаментом; обычно рассматривается как самостоятельная структурная единица, состоящая из двух поднятий — Северо-Патагонского и Южно-Патагонского (Десеадо и Санта-Крус) и двух прогибов: Неукен — Сан-Матиас и Чубут — Сан-Хорхе. Наиболее южная часть плиты переходит в Магелланов передовой прогиб Анд. В полосе Атлантического побережья Ю. А. развита система периокеанических опусканий, связанных с формированием (начиная с мела) океаническим бассейном Южной Атлантики. Меловые отложения (континентальные, соленосные и морские) выполняют грабены и полуграбены. Кайнозой слагает прибрежную равнину и шельф, залегая с очень пологим наклоном в сторону океана.