秦岭的自然地理独具特色，不但是中国南北方的分界线，而且是中国气候、植物、动物的分界岭。秦岭这种独一无二的优势还表现在人类的活动上，它是中华文明最早、也是最重要的摇篮之一。
从地质构造上讲，秦岭是我国华北古陆与扬子古陆之间的褶皱带，且在山脉中形成了丰富的有色金属等有矿产资源。具有这种地质构造、矿产资源以及分界作用的高大山脉，在世界上是独一无二的。从地形条件上讲，秦岭以北是风力与流水作用共同影响地形变化，秦岭以南则是流水作用影响为主，因此，秦岭以北形成了世界上独一无二的黄土地貌——黄土高原，以南则为丘陵和喀斯特地貌。从气候条件上讲，秦岭以北为温带气候，以南为亚热带及热带气候，因此，秦岭也是中国湿润地区和半湿润地区的分界线。秦岭南北腹地纵深，导致了秦岭南北植物区系、农作物品种与生长季节的差异，并形成了不同的农耕文化。
根据地质学家的说法，秦岭山脉诞生于距今10亿~2.4亿年的主造山期，而10亿年前华北板块与扬子板块之间是浩瀚无际的古秦岭洋，但造山带基底已经形成了。在主造山期，扬子板块拉着秦岭小板块向华北板块汇聚、俯冲、碰撞、挤压、拼合，秦岭洋逐渐消退，华北板块与扬子板块连为一体。
由于内外应力的差异，秦岭山脉两侧的地貌特征有明显不同。北坡险峻，从秦岭主脊到北麓，水平距离不足40千米，因是大断层，山势陡峭形成千崖竞秀的壁立山峰。另外 ，在水流强烈的切割下，秦岭北坡形成了许多深切河谷，俗称为“峪道”。这些谷地一般具有套谷结构，即上部有宽缓的谷肩，中部为“U”形或槽谷，下部为深切峡谷，呈尖“V”形，两坡陡峻，多在35°以上，有的峭壁高峻千仞。峪道间的岭脊呈梳状排列，山脊尖峭，有的挺拔巍峨，高耸入云；有的怪石嶙峋，形态奇特，形成许多风景名山。秦岭北坡这些深切山岭的河谷，俗称“七十二峪”，多为南北通道，其中著名的有陈仓道（即今川陕公路和宝成铁路所经路线）、阴平道（陇南文县境内）、褒斜道、傥骆道、周洋道、子午道、镇柞道和蓝武道等。秦岭著名的主峰太白山（3767.2米）、华山（2154.9米）、翠华山（1515米）等均位于北坡，此外著名的山峰还有鳌山（3475米）、王顺山（2311米）、太兴山（2320.5米）、人头山（1456米）、嘉午台（1807米）、南五台（1688米）、观音山（2166米）、老君山（1556米）、翠峰山（1773.3米）。
秦岭山地是古老的褶皱断层山地，秦岭北部早在4亿年前就已上升为陆地，经受剥蚀；秦岭南部却淹于海水之中，接受古生时期的沉积。在距今3.75亿年前的加里东运动中，秦岭南部隆起，露出海面。在距今2.3亿年前晚古生代的海西运动时，秦岭北部也崛起上升，至三叠纪时，因距今1.95亿年前的印支运动的影响，秦岭与海洋完全隔绝，雄伟的身姿基本成型。进入中生代以后，秦岭山区以剥蚀为主，是周围低洼地区沉积物的供给地。距今约8千万年前的燕山运动使秦岭在形成以断块活动为主的南北褶皱带构造改造下，经大幅度的块断式垂直升降运动，而最终形成了现今秦岭的地貌格局。
秦岭处在中国地质图上中央造山带的一个重要部位和枢纽地带，即中央造山带和南北构造带交会的地方。这里不仅地质期次多，而且岩浆活动、地质变形、岩石变质、新矿成形等地质现象也比较多，所以说它是天然地质博物馆，也是野外的地质实验室。
大秦岭——中国国家中央公园/谢伟主编.—西安：陕西旅游出版社，2012.9