科迪勒拉山系的成因，主要是大洋板塊和大陸板塊相互作用的結果。這一活動與大西洋的張開及南部岡瓦納大陸的分離，特別是南美與非洲的分開，都有著密切的關聯。

科迪勒拉山系主要形成於中生代—新生代。中生代前半期，科迪勒拉地槽處於沉降和堆積階段，侏羅紀末後，地槽處曾有多次造山運動，並伴有廣泛的岩漿侵入。至白堊紀末拉拉米運動，掀起了大規模造山運動，其影響範圍北起阿拉斯加向南至大小安的列斯群島，在南美使安第斯地槽發生強烈的造山運動，造就了整個安第斯山的褶皺構造。至此，美洲大陸的面積向西擴充套件了一大步。這次運動一直延續到第三紀。新生代以後，科迪勒拉山系曾進入一個以侵蝕為主的時期，使山間盆地、山前拗陷及低地處都有大量的陸相沉積，及至上新世又掀起巨大的上升運動，並一直延續到第四紀及更後，這次運動使科迪勒拉山系重新抬升、褶皺、斷裂並伴隨岩漿侵入，熔岩噴發和火山活動。經過這次運動，科迪勒拉山系不僅具有年青的現代構造地貌的特徵，而且透過中美地峽，使南北美溝通聯絡，並使它成為世界上最長的山體。

第四紀初期對科迪勒拉山系有一定的影響，從時間上看北段（北美）早於南段（南美），冰川覆蓋的範圍則北段大於南段。不列顛哥倫比亞高原是科迪勒拉北段的冰川中心，南段主要是高山冰川。強烈的冰蝕作用，對科迪勒拉山系的面貌進行了再蝕刻。

科迪勒拉山系的高山上部形成高山氣候。由於山脈高大而且南北縱列，阻檔了西風及太平洋水汽深入，因此南北美洲西側沿海形成地中海氣候和溫帶海洋性氣候狹長分佈。