據(jù)中外地質(zhì)學(xué)家考察，在古老的太古宙時(shí)期，嵩山是一望無際的大海；在經(jīng)歷了23億年前的“嵩陽運(yùn)動”，8億年前的“中岳運(yùn)動”，5、6億年前的“少林運(yùn)動”，三次大的地殼運(yùn)動之后，逐漸形成了山脈，結(jié)束了地質(zhì)史上的元古代；進(jìn)入了古生代的寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)；又經(jīng)過約兩億年，此處地殼上升至海平面以上，因其受風(fēng)化和剝蝕作用，形成了嵩山地區(qū)的含煤地層。兩億三千年前后，在我國的版圖上，又發(fā)生了一次延續(xù)很長時(shí)間的地殼運(yùn)動，南北廣大地區(qū)的“燕山運(yùn)動”，嵩山地區(qū)受到南北方向的推擠，形成了今天的山勢地貌。
嵩山在不到20平方公里內(nèi)清晰地保存著發(fā)生在距今23億年、18億年和5.7億年的三次構(gòu)造運(yùn)動的遺跡，其不整合接觸面清晰，變質(zhì)變形遺跡多姿多彩。在400平方公里內(nèi)，連續(xù)完整地出露著太古宙、遠(yuǎn)古宙、古生代、中生代和新生代的巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖。五個(gè)時(shí)期的地質(zhì)現(xiàn)象在嵩山表露齊全，地質(zhì)學(xué)上稱之為世界上罕見的“五代同堂”。馬杏垣教授的“重力滑動構(gòu)造”理論，創(chuàng)立于嵩山，各種滑動遺跡在嵩山都有典型系統(tǒng)的顯示。嵩山以其豐富的地質(zhì)內(nèi)涵受到世人青睞。觀看嵩山五代地質(zhì)，猶如翻閱一部地質(zhì)史。嵩山地區(qū)的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖的出露，構(gòu)成了我國最古老的巖象——“登封群”的“登封朵巖”。
嵩山的山體巖石復(fù)雜繁多，主要是石英巖巖層。經(jīng)地質(zhì)學(xué)家研究，嵩山的基底巖石形成于地球發(fā)展的早期階段，它們可能是那時(shí)候大量火山、巖漿活動的產(chǎn)物。這些巖石形成時(shí)，地球表面空氣中氧氣含量很少，可能同許多行星體的表面情況差不多，不適于生物生存。迄今為止，還沒發(fā)現(xiàn)它們之中保存有當(dāng)時(shí)任何生物的遺跡。
大約距今23億年前，嵩山地殼發(fā)生了一次劇烈運(yùn)動，地質(zhì)學(xué)家們管這次運(yùn)動叫“嵩陽運(yùn)動”。“嵩陽運(yùn)動”之后，地殼開始下沉到海平面以下，接受了巨厚的嵩山群底層的沉積。這個(gè)過程大約經(jīng)歷了10多億年。2009年以來嵩山群地層厚度達(dá)到了2100多米，其中由于地殼升降、風(fēng)化剝蝕等，可能損失了一些，這一段時(shí)期屬于地質(zhì)史上的元古代早期。這時(shí)，地球上最原始的生物如菌藻類植物慢慢開始形成，在其后期才開始出現(xiàn)一些原始動物。
在距今18億年前后，地殼又發(fā)生了一次變動，巨厚的石英砂巖開始慢慢隆起，并且皺褶成山。這一次地殼運(yùn)動的推擠力量來自東西方向，所以嵩山群的地層都被推擠成走向接近南北的皺褶了。皺褶作用十分強(qiáng)烈，有的巖層甚至被擠得直立了起來。這在太室山和少室山的南側(cè)都可以見到。這一次地殼運(yùn)動被稱為“中岳運(yùn)動”。中岳運(yùn)動也發(fā)生了一些斷層。
中岳運(yùn)動之后，地殼又慢慢被夷平、下降，開始是沉積粗大顆粒的礫巖，以后是礫巖、泥巖，一直到含鈣鎂的石灰?guī)r，說明這里的地殼開始被海水所淹沒。一直到五六億年的時(shí)候，發(fā)生了“少林運(yùn)動”，才結(jié)束了地質(zhì)史上的元古代，進(jìn)入古生代。這次運(yùn)動的證據(jù)在少林寺的南面山坡上可以見到。少林寺位置正代表著地質(zhì)歷史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。寺的前面是元古代地層，寺的后面是寒武紀(jì)地層。
從寒武紀(jì)到奧陶紀(jì)，嵩山地區(qū)仍然被海水深深覆蓋著。又經(jīng)過了兩億年左右，這里的地殼開始上升到海平面以上，遭受風(fēng)化和剝蝕作用，在石灰紀(jì)時(shí)形成了含煤地層，一直到二疊紀(jì)，在嵩山的南北兩側(cè)都沉積了這種地層，成為這一地區(qū)的主要煤田。
嵩山屬伏牛山系，東依河南省省會鄭州，西臨古都洛陽，北臨黃河，南靠潁水。環(huán)山地跨新密、登封、汝州、鞏義、偃師、伊川等市縣。地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112°56′07″至113°11′32″，北緯34°23′31″至34°35′53″。
嵩山地區(qū)位于華北地臺南緣，嵩箕臺隆東南部，地層層序比較清楚，基底和蓋層地層發(fā)育齊全。
嵩山地區(qū)的基底構(gòu)造以褶皺為主，斷裂次之。構(gòu)造線方向近南北或東西，北東稍有偏移，為一些密集、緊閉、形態(tài)復(fù)雜的同斜線狀褶皺以及伴隨褶皺而生成的東西——南東向和近東西向的三組斷裂。蓋層構(gòu)造以斷裂為主，褶皺次之，先褶后斷。構(gòu)造線方向近東西，與基底構(gòu)造成正交疊加。蓋層褶皺平緩開闊，斷裂以近東西、北東——南西向和北西——南東向三組發(fā)育，前者最早，分為正斷層，后者最晚，并經(jīng)分期活動，性質(zhì)也較為復(fù)雜。
嵩山的地質(zhì)構(gòu)造，以其巖齡古老，構(gòu)造復(fù)雜，地層發(fā)育完整，出露良好，經(jīng)過多次構(gòu)造運(yùn)動的影響，保留著形態(tài)各異的構(gòu)造形跡而聞名中外。嵩山的發(fā)展與形成是內(nèi)、外力地質(zhì)作用在漫長的地質(zhì)歷史五個(gè)地質(zhì)年代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代運(yùn)動的產(chǎn)物。
嵩山的地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，總體成近東西走向的一系列背斜向斜穹窿構(gòu)造組成。斷裂以北西南東為主，把嵩山一分為三。
嵩山巖石的彎曲現(xiàn)象稱為褶皺。包括向斜和背斜。巖石在構(gòu)造運(yùn)動作用下，或者說在低應(yīng)力作用下，改變了巖層的原始產(chǎn)狀，不僅使巖層發(fā)生傾斜，而且大多數(shù)形成各式各樣的彎曲。褶皺是巖層塑性變形的結(jié)果，是地殼中廣泛發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造的基本形態(tài)之一。
嵩山巖塊沿著斷裂面有明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為斷層。斷層的規(guī)模有大有小，所波及的深度有深有淺深可切穿巖石圈或地殼，淺可切穿蓋層或只在地表；形成的時(shí)代有老有新；有的是一次構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果，有的是多次構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果；有的已不活動，有的還在繼續(xù)活動；形成斷層的力學(xué)性質(zhì)或張或壓或剪，各不相同。
嵩山系由前震旦紀(jì)古老片巖、片麻巖及石英巖構(gòu)成的斷塊褶皺山，所以山勢陡峭，雄偉壯觀，形成明顯獨(dú)特的構(gòu)造侵蝕低中山之地貌。嵩山地形比較復(fù)雜，山地、丘陵、盆地、河谷小平原。嵩山的主體部分太室和少室，峰巒崢嶸，純屬山地面貌。
內(nèi)力地質(zhì)作用地殼運(yùn)動、巖漿運(yùn)動、變質(zhì)作用、地震作用對嵩山的形成起決定性作用，留下了明顯的痕跡。嵩山地殼運(yùn)動經(jīng)過了嵩陽運(yùn)動、中岳運(yùn)動、少林運(yùn)動、懷遠(yuǎn)運(yùn)動、燕山運(yùn)動及喜馬拉雅和新構(gòu)造運(yùn)動。
中岳運(yùn)動形成嵩山雛形，燕山運(yùn)動確定嵩山基本格架經(jīng)過風(fēng)化剝蝕后形成今天的嵩山山體。中岳運(yùn)動末期巖漿發(fā)生，形成巖漿入侵，同時(shí)又產(chǎn)生變質(zhì)作用，使已形成的巖石又進(jìn)一步變質(zhì)，則形成復(fù)雜的變質(zhì)巖系。
嵩山經(jīng)風(fēng)化、侵蝕、溶蝕、沉積作用和改造、滑動、崩塌等作用。嵩山這些運(yùn)動與作用的產(chǎn)物，被地質(zhì)學(xué)家譽(yù)為“五世同堂”的“天然地質(zhì)博物館”，嵩山距今已有35億年的歷史，成為我國最古老的山。
嵩山屬北溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.3℃，平均降水量640.9毫米。四季分明并各具特色，一年中7月最熱，平均氣溫27.3℃，1月最冷，平均氣溫0.2℃。
嵩山山下全年平均溫度14.3℃，山上平均8.5℃，山上年降雨量864毫米。
2012年，嵩山植被覆蓋率達(dá)65%，嵩山共有維管植物147科、643屬、1540種。其中蕨類植物21科、36屬、70種；裸子植物5科、9屬、10種；被子植物121科、598屬、1460種。含30種以上的大科有菊科（50屬、121種）、禾本科（61屬、108種）、薔薇科（27屬、101種）、豆科（28屬、72種）、十字花科（23屬、44種）、毛莨科（11屬、38種）、莎草科（9屬、36種）、蓼科（4屬、34種）等10科，約占本區(qū)植物總屬數(shù)的40%，總種數(shù)的42%，是嵩山植物區(qū)系組成的優(yōu)勢科。
用材植物：木本植物有338種，其中喬木141種，它們是組成山區(qū)森林植被的建群種和優(yōu)勢種，也是用材植物的主要資源。分布數(shù)量較多、蓄積量較大的主要有栓皮櫟、麻櫟、化香、短柄袍、槲櫟、側(cè)柏、洋槐、油松、欒樹、黃檀子、鵝耳櫪、大果櫸、山槐等47種。
野果植物：野生果樹有89種。主要分布于薔薇科、殼斗科、?？?、葡萄科、獼猴桃科、柿樹科和胡頹子科。其中，野山楂、湖北山楂、板栗、河南海棠、歐李、傘花胡頹子、小果薔薇分布廣泛。