秦嶺山地是古老的褶皺斷層山地，秦嶺北部早在4億年前就已上升為陸地，遭受剝蝕；秦嶺南部卻淹於海水之中，接受了古生時期的沉積。在距今3.75億年的加里東運動中，秦嶺南部隆起，露出海面。2.3億年前晚古生代的海西運動時，秦嶺北部也崛起上升，至三疊紀時，因距今1.95億年的印支運動的影響，秦嶺與海完全隔絕，雄偉的身姿基本成型。進入中生代以後，秦嶺林區以剝蝕為主，是周圍低窪地區的供給地。距今約8千萬年的燕山運動使秦嶺在形成以斷塊活動為主的南北褶皺帶構造格架後，秦嶺又在喜馬拉雅山運動的強烈改造下，經大幅度的塊斷式垂直升降運動而最終形成了現今秦嶺的地貌格局。

秦嶺地貌的演變，在中生代以前和以後的變化是非常大的。中生代三疊紀時期，中秦嶺和南秦嶺地區形成了褶皺山隆起帶，成為一個廣闊的侵蝕地區；以南和巴山地帶，是一個廣闊的沉降地區；北秦嶺（包括渭河斷陷谷地）是介於中、南秦嶺剝蝕地區與鄂爾多斯沉積區之間的過渡地區。當時，南秦嶺的河流往南流入巴山四川海相盆地，中秦嶺的河流往北流入鄂爾多斯內陸盆地。