Na região norte do estado do Espírito Santo, há uma extensa cobertura sedimentar terciária relacionada aos depósitos da Formação Barreiras (Mioceno-Plioceno), unidade estratigráfica que se distribui ao longo da costa brasileira desde o Rio de Janeiro até o Amapá. Na área de estudo, esta unidade é composta por sedimentos arenosos e argilosos, relacionados a uma sedimentação de rios entrelaçados. O presente trabalho teve por objetivo analisar petrograficamente arenitos e conglomerados da Formação Barreiras aflorantes na região, como forma de contribuir para uma melhor caracterização desta unidade. Para este estudo, foram selecionados dois afloramentos: Nova Venécia II, corte de estrada na rodovia ES-381, km 17, entre as cidades de São Mateus e Nova Venécia; e Pedro Canário II, corte de estrada localizado no km 18 da BR-101, próximo à cidade de Pedro Canário. Foram descritas, em amostras de mão e lâminas delgadas, três amostras referentes a arenitos maciços, uma de conglomerado maciço, e duas amostras de conglomerados com estratificações cruzadas. Os resultados obtidos apontam para: i) arcabouço composto predominantemente por grãos de quartzo; ii) percentual significativo de matriz argilosa introduzida em grande parte dos poros primários, resultante da alteração dos grãos de feldspato do arcabouço; iii) cimentação por óxidos de ferro.