Wypełnione jest głównie okruchowymi, molasowymi osadami mioceńskimi o miąższości do 3000 m w Polsce, a w części ukraińskiej nawet do 5000 m. Osady zapadliska przedkarpackiego zostały utworzone w basenie środkowej Paratetydy. Sięgała ona na dzisiejsze tereny Austrii, Czech, Polski, Słowacji, Węgier, Ukrainy oraz Rumunii. Obszar zapadliska znajdował się w peryferyjnej, najbardziej wysuniętej na północ części basenu Paratetydy. Morze mioceńskie zaczęło zanikać pod koniec , czyli około 11-12 milionów lat temu. Następnie zapadlisko uległo wydźwignięciu i silnej denudacji.
Głębokość podłoża na obszarze zapadliska zmienia się od kilkuset do 3500 m. Utwory zapadliska leżą na skałach różnego wieku: od prekambryjskich skał krystalicznych po kredowe należące do facji epikontynentalnych. Osady rowu przedgórskiego znajdują się od zachodu na niecce górnośląskiej, w części centralnej na niecce miechowskiej, a od wschodu na zrębie dolnego Sanu. Od strony południowej utwory zapadliska miejscami opisywane są na sfałdowanym fliszu karpackim.
Od południa granica zapadliska podkarpackiego jest tektoniczna. Wyznaczona jest przez czoło Karpat zewnętrznych, które w całości są płasko nasunięte na mioceńskie osady zapadliska.