Является частью Волжско-Камской антеклизы.

Имеет древнее (вендское, 600 млн лет) заложение, осложнен многочисленными глубинными разломами. Прослеживается от Казани до поселка Кажим (Республика Коми), протяженность более 800 км. Поверхность пород кристаллического фундамента понижается с юга (от -1850 м) на север (до -2800 м), амплитуда прогиба соответственно возрастает от 150 до 900 м.

Центральную часть Казанско-Кировского прогиба занимает узкая тектоническая структура – Казанско-Кажимский авлакоген; наиболее глубокая часть заполнена песчано-глинистыми отложениями среднего девона мощностью до 211 м, по кровле которых прогиб имеет более пологие формы и осложнен валами (Свияжским, Казакларским и другими) и локальными поднятиями. По верхним горизонтам девона прогиб не выражен, одновременно увеличиваются амплитуды мелких структур, появляются новые тектонические структуры: Камско-Кинельская система прогибов, Вятский вал и другие.

На территории РТ в пределах Казанско-Кировского прогиба в отложениях пермского и четвертичного возрастов – многочисленные месторождения строительных материалов, минеральных пигментов, карбонатных пород для известкования почв, минеральных вод и других.