Она относится к южной предгорной части Ферганской долины с передовыми цепями, отрогами и предгорьями Туркестанского и Алайского хребтов.
Когда-то Сары-Тоо были дном древнего Сарматского моря. Эти горы хранят в себе множество окаменелостей, раковин ископаемых моллюсков-гетеродонтов и останков растений ордовикского периода. Данный период начался приблизительно 485 миллионов лет назад и длился около 42 миллионов лет.
Начало формирования Ферганского, Алайского и Туркестанского хребтов, поднявшихся на берегах морского залива, занимавшего нынешнюю Ферганскую долину, относится к меловому периоду — последнему в мезозойской эре. Начался он 145 миллионов лет назад и продолжался около 79 миллионов. Название его происходит от мела, который добывается из осадочных отложений этого периода, сформированных богатыми скоплениями ископаемых беспозвоночных морских организмов.
