喀喇昆仑地块记录了以海相为主的奥陶纪至白垩纪的沉积史。识别出了6个主要的沉积旋回。最老的沉积地层为下奥陶统，超覆于结晶基底之上。厚达1km的奥陶系-泥盆系主要为页岩状层序，极少含碳酸盐岩夹层。早泥盆世，一个宽阔的潮缘台地分布在克拉通之上。沉积速率比较低，为10—20m／Ma，而上泥盆统-可能的下石炭统碳酸盐岩和碎屑岩不整合于下泥盆统碳酸盐岩之上。没有发现晚石炭世或冰川沉积存在的证据。二叠纪沉积速率提高，达到50m／Ma，沉积厚度达1～2．5km。识别出了三个沉积阶段：(1)阿舍林一萨克马尔期形成巨厚的冲积相到边缘海相的陆源透镜体沉积；(2)亚丁斯克-Murgabian期，因地块旋转引起拉张，以局部的隆升和侵蚀为特征；(3)晚二叠世到中三叠世沉积分异作用加强，在西南部发育了一个潮缘碳酸盐岩坪，而在东北部发育了一个较深的盆地。卡尼-诺利期以碳酸盐岩沉积为主。可以认为二叠-三叠纪的演化属于喀喇昆仑地块的被动边缘阶段。该地块原属环冈瓦纳边缘，当时像大拉萨地块(MegaLhasa)一样，往北向特提斯过渡板块上漂移。大拉萨地块被认为是多个地块拼贴的产物，这些地块可能由减薄的地壳或具有洋壳的短期海洋所分隔。具镁铁质火山岩和蛇纹岩颗粒的石英岩屑砂岩，与上覆的普林斯巴一托尔统含沉积及沉积变质碎屑的红色砂岩成平缓的不整合接触，记录了喀喇昆仑在始基梅里期(Eo-Ciminerian)的变形。该造山幕到阿连期结束，当时有个浅水碳酸盐岩缓坡加积到原先的出露区。前巴列姆期，上侏罗统和下白垩统的记录很少。北喀喇昆仑后巴列姆期的沉积层序严重变形，形成包含结晶基底碎片的巨大冲断席。中白垩统的粗粒砾岩封填这些冲断席。最后记录了孤立的康潘期深海泥岩。在伊朗分支地块停止迁移
