崆峒山位于北祁连褶皱带东缘，鄂尔多斯盆地西侧，贺兰褶皱带的南段，区内未见岩浆活动的痕迹，是一个较稳定的区块。区内地层主要为寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系和白垩系组成，褶皱轴和冲断面走向近SN或NNW向，构成南北向分布的贺兰褶皱带地质构造格局，表现为3条互为平行的由一系列走向SN或北偏西的褶皱轴和冲断面组成的复式背斜，在店洼—太统山—大台子复背斜和小黄峁山—三关口—沙南复背斜之间，形成古城—崆峒山—宋庄复向斜槽地，地貌上属于贺兰褶皱带南部雄峻高峰与凹陷沟谷相间地貌。崆峒山在奥陶纪晚期，遭受东西向挤压，开始褶皱隆起，形成贺兰褶皱带雏形，缺失志留系、泥盆系沉积，期间地壳发生多次颤动性升降，几度出现沉积间断，在奥陶纪古地形风化面上不整合沉积有石炭系、二叠系陆相含煤碎屑岩建造以及其后相继生成的三叠系、白垩系巨厚层陆相碎屑沉积建造。二叠纪、三叠纪时期，古地理表现为内陆盆地，沉积了一套巨厚层陆相粗碎屑沉积，受印支运动的影响，地壳运动强烈，每一个沉积旋回颜色为紫红色—灰绿色—灰色—紫红色，说明气候由干热转为温湿又转为干热，从氧化环境到还原环境又变为氧化环境。白垩纪早期仍为山地，到中期本区大幅度下沉，形成了快速堆积的山前盆地，接受了巨厚的砾岩、砂砾岩山麓相堆积，晚期地壳运动超于平静，接受了以湖相为主的泥岩、泥页岩等，属于一种还原环境下的细碎屑岩沉积；末期，盆地抬升，湖水由南向北和西北方向退出，结束了盆地的地质历程。 [13]
