Железорудные месторождения возникают в самых различных геологических и геохимических условиях как на поверхности земной коры, так и в течение всех эндогенных процессов (за исключением пегматитовых). Они образуются во все эпохи: от конца архея и раннего протерозоя до миоцена и плиоцена. Железные руды в виде скоплений магнетита и титаномагнетита начинают формироваться в период становления массивов основных и ультраосновных пород на достаточно большой глубине, по-видимому, не менее 3—5 км. Собственно магматические титаномагнетитовые месторождения связаны с гипербазитовыми поясами, приуроченными к зонам глубинных разломов складчатых областей.
Значительные массы магнетита накапливаются при явлениях контактового метаморфизма на глубинах 1,5—3 км и редко более. В складчатых, областях магнетитовые месторождения формируются в зонах известковых скарнов, развитых на контактах карбонатных пород с гранитоидами либо с порфиритами и другими алюмосиликатными породами. Образуются магнетитовые месторождения и в магнезиальных скарнах на контактах сиенитов и доломитов. На активизированных платформах месторождения образуются на небольшой глубине (500—1000 м) в связи с трапповым магматизмом. В этом случае они возникают не только в скарнах, но иногда и в карбонатных породах на некотором удалении от контакта с траппами.
С преимущественно среднетемпературными гидротермальными процессами связано накопление пирита и сидерита. Промышленностью используются только сидеритовые руды, развитые в карбонатных породах, нередко переслаивающихся со сланцами и кварцитами в складчатых областях. Они могут возникнуть также на активизированных платформах (месторождения Венгрии, Югославии и Болгарии).
Экзогенные железорудные месторождения начали формироваться еще в протерозойскую эпоху, когда существовали специфические-условия переноса железа, поступавшего с континента в водные бассейны. В то время, согласно А. А. Саукову, углекислый газ в атмосфере резко преобладал над кислородом, что способствовало широкому развитию бикарбонатов. По-видимому, в этой форме железо переносилось в глубинные области океана, где осаждалось в виде гидроокислов и частично карбонатов совместно с кремнистыми образованиями. Исследования океанологов показали, что вблизи океанических хребтов в. результате взаимодействия базальтовых лав с океанической водой и выделения из базальтов рудоносных растворов может происходить накопление железа в так называемых металлоносных зонах. Некоторые исследователи предполагают, что последующий интенсивный метаморфизм таких образований мог привести к формированию железистых кварцитов, концентрирующих огромные запасы железных руд.
Осадочные месторождения железных руд, возникавшие в более поздние эпохи — палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую, формировались в основном в зоне шельфа за счет соединений железа, поступавших с участков суши, предварительно испытавших интенсивное латеритное выветривание. Перенос железа осуществлялся в виде коллоидных растворов, предохраненных гумусовыми кислотами от коагуляции. Эти растворы переносились в морские бассейны мелкими ручьями либо высачивались вблизи береговой линии в море [Страхов Н. М., 1947 г.]. В зависимости от изменения окислительно-восстановительного потенциала в области накопления осадков возникали бурожелезняковые либо силикатные железные руды. В особых условиях паралических бассейнов шло накопление сидеритовых руд.
На формирование железорудных месторождений в различные эпохи, и особенно в палеозойское время, большое влияние оказывали инфильтрационные процессы. Соединения железа, просачиваясь в область циркуляции подземных вод, осаждались преимущественно в форме гидроокислов и частично карбонатов на некоторой глубине от поверхности земли. В образовании крупных залежей богатых гидрогематитовых и бурожелезняковых руд особо важную роль играли процессы выветривания, происходившие на выходах ранее сформировавшихся железистых кварцитов. Эти процессы наиболее интенсивно протекали в позднем протерозое. В течение палеозоя и мезозоя возникали также остаточные месторождения бурожелезняковых руд, связанные с выветриванием основных пород.
Размещение железорудных провинций подчиняется некоторым определенным закономерностям. Геолого-структурное положение провинций метаморфогенных месторождений железа определяется их приуроченностью:
- к окраинным частям щитов: на южной окраине Канадского щита располагаются месторождения озера Верхнего;
- к внутренним прогибам. Например, месторождения железистых кварцитов района Лабрадор-Квебек приурочены к Лабрадорскому прогибу, выполненному осадочно-вулканогенными образованиями протерозоя, развившимися на архейских гнейсах. Такое же положение занимают месторождения железистых кварцитов КНР и Западной Австралии (железорудные районы Пилбара и Хамерсли);
- к узким прогибам на щитах. Примером служит Украинская железорудная провинция, где железорудные месторождения тяготеют к локальному прогибу, развитому вдоль глубинного разлома. Мезо-кайнозойские осадочные железные руды на юго-востоке Украины сформировались в молодых прогибах, сложенных породами осадочного чехла на участке, прилегающем к Украинскому кристаллическому щиту.
Для провинций скарново-магнетитовых месторождений характерна приуроченность преимущественно к синклинорным, реже антиклинорным, сооружениям (структуры 2-го порядка) в пределах областей прогибов (структуры 1-го порядка). Поясовое расположение скарново-магнетитовых месторождений контролируется глубинными разломами. Прогибы часто образуются в зонах сопряжения складчатых систем с платформами и со срединными массивами разновозрастных складчатых сооружений, эв- и миогеосинклинальных областей. Благоприятны для образования скарново-магнетитовых месторождений мощные толщи известняков и вулканитов среднего и основного состава, развитие туфового материала.