Kỷ Devon là thời kỳ mà các hoạt động kiến tạo mảng lớn diễn ra, do các vùng đất của Laurasia và Gondwana đang xích lại gần nhau. Lục địa Euramerica (hay Laurussia) đã được tạo ra vào đầu kỷ Devon do va chạm của Laurentia và Baltica, đã xoay vào khu vực khô tự nhiên dọc theo Nam chí tuyến, được hình thành phần lớn trong thời gian của đại Cổ Sinh cũng giống như ngày nay do sự hội tụ của hai luồng không khí lớn là hoàn lưu Hadley và hoàn lưu Ferrel. Trong các khu vực có khí hậu cận sa mạc này, các tầng đá cát trầm tích màu đỏ và cổ này đã được hình thành, màu đỏ là do sự ôxi hóa của sắt (hematit), đặc trưng cho các điều kiện khí hậu khô cằn.

Gần đường xích đạo, Pangaea bắt đầu được hợp nhất từ các mảng kiến tạo chứa Bắc Mỹ và châu Âu, tiếp tục nâng cao dãy núi Appalaches ở phía bắc và hình thành kiến tạo sơn Caledonia tại khu vực thuộc Vương quốc Anh và Scandinavia ngày nay. Ngược lại, bờ biển phía tây của Bắc Mỹ thuộc kỷ Devon là các bờ rìa thụ động với các vũng vịnh nhỏ và sâu, chứa đầy bùn, các vùng châu thổ và cửa sông, thuộc Idaho và Nevada ngày nay; một vòng cung đảo núi lửa cận kề đã đến gần các sườn dốc đứng của thềm lục địa vào cuối kỷ Devon và bắt đầu nâng các trầm tích vùng nước sâu lên, một sự va chạm mở đầu cho sự tạo núi trong thời gian của thế Mississippi và được gọi là kiến tạo sơn Antler .

Các lục địa phía nam vẫn nằm sát nhau trong một siêu lục địa là Gondwana. Các phần còn lại của đại lục Á-Âu (Eurasia) ngày nay nằm ở Bắc bán cầu. Mực nước biển là cao trên khắp thế giới và phần lớn các vùng đất nằm dưới mặt nước tạo thành các biển nông, tại đó các loại sinh vật như san hô tạo đá ngầm vùng nhiệt đới sinh sống.

Đại dương Panthalassa vẫn bao phủ phần lớn bề mặt Trái Đất. Các đại dương và biển nhỏ khác là Paleo-Tethys, Proto-Tethys, Rheic và Ural (bị khép lại do va chạm của Siberi và Baltica trong kỷ Than Đá để tạo ra dãy núi Ural).