Долонтау представляют собой низкогорья, сложенные пестроцветными палеогеновыми глинами и песчаниками переполненные гипсом. Горы сильно расчленены временными водотоками и глубокими каньонами. Растительность представлена ксерофитами, не образующими сплошного покрова, и имеет ряд интересных форм, характерных для пестроцветных гор, таких как Plagiobasis centauroides, Arthrophytum balchaschense, Arthrophytum iliense, Anabasis truncata. В глубоких каньонах встречаются смешанные рощицы из Berberis iliensis и Haloxylon aphyllum.