黃土高原的形成原因非常複雜，至今沒有定論。目前主要有風成說、水成說、殘積說和多種成因說等多種學說。目前認為，黃土有複雜的形成過程，但風成過程是黃土形成的主要過程。在數千萬年以前，黃土高原地區是一片汪洋的湖泊，湖面遼闊，水如汪洋，面積有如今的六個渤海之大，可稱其為黃土原湖。在這個巨大湖泊的西岸，是一片廣闊的沙漠，南邊和東邊是一片荒蕪的山。由於這一地質時期十分寒冷，大陸上吹的是幹寒的西北風，所以風沙塵粉多是由西北向東南執行，狂風吹起地上的沙土和塵粉，漫天飛揚的沙塵被吹落到黃土原湖湖泊，沙塵沉到湖底，一層一層的累積起來，天長日久，經過數百萬年的積累，湖底的積塵日漸豐厚起來，積了幾百米至上千米。湖底的泥土愈來愈厚，在水面湧浪的感應力和重力作用下，泥沙顆粒排布也越來越緊密，這就為以後黃土的堅硬打下了基礎。大約1500萬年前的時候，這裡的地貌發生很大的變化，印度板塊和歐亞大陸板塊發生碰撞影響到這裡，整個湖區慢慢的推升起來，湖的底部被抬高，湖水向東方的底窪地區湧去，流向東海。巨大的洪水帶著泥土在華北平原上堆集，為以後華北平原的形成打下了最重要的基礎。在時間的推移下，黃土湖區愈抬愈高，而湖水變得越來越少，也愈來愈淺了。在大約800萬年的時候，湖水終於乾枯，黃土被抬出地面，而漸漸的成了高原。也就成了今天黃土高原的地貌。