Initialement désignée comme la « série de Chibougamau » par Mawdsley et Norman (1935), puis comme le « Groupe de Chibougamau » par Riley et Kindle (1958), la Formation de Chibougamau a été instaurée par Long (1974).

Long (1974) n’indique pas de coupe type. Les affleurements situés au sommet du mont Bourbeau sont facilement accessibles et permettent d’observer à la fois le conglomérat polygénique et les diamictites contenant les droptstones (feuillet SNRC 32G16, UTM NAD83, Zone 18 : 546845 mE, 5533120 mN). Au nord du lac Waconichi, un décapage nommé « Variété Univers » expose un affleurement à flanc de colline qui montre le conglomérat polygénique à matrice d’arkose et de clayslate gris pâle à gris foncé (feuillet 32J01, UTM NAD83, Zone 18 : 560381 mE, 5547485 mN).

La Formation de Chibougamau constitue une séquence de conglomérat polygénique, d’arkose et de claystone d’âge paléoprotérozoïque. Cette unité a été reconnue dès les premiers travaux géologiques dans le secteur de Chibougamau et a été rapidement comparée aux séquences huroniennes et particulièrement à la Formation de Gowganda du sud de l’Ontario (Faribault et al., 1912; Retty, 1930). La lithologie la plus commune est le conglomérat polygénique à matrice d’arkose ou de clayslate gris pâle à gris foncé. Les cailloux arrondis ont une taille variant de quelques millimètres à plus de 30 centimètres. Ils sont composés de roches intrusives provenant des plutons avoisinants et de roches volcaniques mafiques à felsiques. Localement, l’altération supergène en hématite donne aux cailloux une couleur rose. Dans le secteur de la baie McKenzie du lac Chibougamau, on trouve une mince unité d’arkose grise intercalée dans la séquence de conglomérats polygéniques. L’arkose présente une série de fractures parallèles à la Zone de cisaillement de McKenzie. Cette observation, en association avec la présence de boue de faille, appuie l’hypothèse de Daigneault (1991) qui propose que cette structure a été réactivée dans le domaine cassant au Protérozoïque.

Au sommet du mont Bourbeau, le conglomérat polygénique alterne avec des lits plus fins d’arkose et de mudrock laminés et localement granoclassés. Ces dépôts laminés (diamictites) sont caractérisés par des structures sédimentaires (écoulement laminaire, structure de flamme, faille normale synsédimentaire) et contiennent des dropstones, ce qui implique une origine glaciogénique en marge d’un glacier qui couvrait le sud-est de la Province du Supérieur au début du Protérozoïque (Long, 1974, 1981). Dans la région du lac des Deux Orignaux, la Formation de Chibougamau apparaît sous la forme de remplissage de grès dans des fractures d’orientation NE à NNE et sont décrits comme des dykes clastiques par Chown et Gobeil (1990).