Tarcza ta jest prekambryjską jednostką geologiczną. W przeszłości skały tarczy ulegały fałdowaniom, w wyniku których powstały Laurentydy, wznoszące się do 1200 m n.p.m., góry Tornag na Labradorze osiągające wysokość 1738 m n.p.m. oraz pasma górskie Ziemi Baffina, gdzie najwyższy szczyt sięga wysokości 2200 m n.p.m. Tarcza Kanadyjska tworzy lekko wysklepioną i falistą powierzchnię. Tarcza na powierzchni tworzy rozległy płaskowyż o wysokości od 300 do 1100 m n.p.m.
Skaliste podłoże tarczy jest przykryte osadami pochodzącymi z plejstoceńskiego zlodowacenia. Rzeźba terenu nosi na sobie wyraźne ślady ery lodowcowej jaka skończyła się około 10 tys. lat temu. W regionie tym występują obniżenia egzaracyjne, jak i też ciągi pagórów morenowych z nieckami jezior międzymorenowych. Tarczę Kanadyjską budują głównie gnejsy i granity.
W centrum Tarczy znajduje się obniżenie Zatoki Hudsona i towarzysząca jej od południa Nizina Hudsońska. Region ten przykrywają paleozoiczne skały osadowe, pochylone lekko ku północy. Podobne skały pokrywają wyspy przybrzeżne Archipelagu Arktycznego, gdzie uformował się dość równinny i nizinny krajobraz. W regionie Archipelagu Arktycznego występują złoża soli i ropy naftowej.