青藏高原有确切证据的地质历史可以追溯到距今4-5亿年前的奥陶纪，其后青藏地区各部分曾有过不同资料的地壳升降，或为海水淹没，或为陆地。到2.8亿年前（地质年代的早二叠世），今青藏高原是波涛汹涌的辽阔海洋。这片海域横贯现在欧亚大陆的南部地区，与北非、南欧、西亚和东南亚的海域沟通，称为“特提斯海”、或“古地中海”，当时特提斯海地区的气候温暖，成为海洋动、植物发育繁盛的地域。其南北两侧是已被分裂开的原始古陆（也称泛大陆），南边称冈瓦纳大陆，包括今南美洲、非洲、澳大利亚、南极洲和南亚次大陆；北边的大陆称为欧亚大陆，也称劳亚大陆，包括今欧洲、亚洲和北美洲。
青藏高原是世界上最年轻的一个高原。2.4亿年前，由于板块运动，分离出来的印度板块以较快的速度开始向北向亚洲板块移动、挤压，其北部发生了强烈的褶皱断裂和抬升，促使昆仑山和可可西里地区隆生为陆地。随着印度板块继续向北插入古洋壳下，并推动着洋壳不断发生断裂，约在2.1亿年前，特提斯海北部再次进入构造活跃期，北羌塘地区、喀喇昆仑山、唐古拉山、横断山脉脱离了海浸。
到了距今8000万前，印度板块继续向北漂移，又一次引起了强烈的构造运动。冈底斯山、念青唐古拉山地区急剧上升，藏北地区和部分藏南地区也脱离海洋成为陆地。整个地势宽展舒缓，河流纵横，湖泊密布，其间有广阔的平原，气候湿润，丛林茂盛。高原的地貌格局基本形成。地质学上把这段高原崛起的构造运动称为喜马拉雅运动。
随着印度板块不断向北推进，并不断向亚洲板块下插入，青藏高原在对此上升阶段中形成。青藏高原的形成并不是一次就完成的，其抬升过程不是一次性的猛增，也不是匀速的运动，而是经历了几个不同的上升阶段。每次抬升都使高原地貌得以演进。其上升速度曾几度达到停止，但有时也非常迅速。距今一万年前，高原抬升速度更快，曾达到每年7厘米，使之成为当今地球上的“世界屋脊”。今天的青藏高原中部以风化为主，而边缘仍在不断上升。
●地质构造
青藏高原由北向南包括祁连－柴达木、昆仑、巴颜喀拉、冈底斯、喜马拉雅、羌塘－昌都等6个构造带，各构造带之间为蛇绿混杂岩所代表的缝合带隔开，大致以龙木错－金沙江缝合带为界。
高原北面的祁连－柴达木、昆仑、巴颜喀拉构造带等属于欧亚古陆南缘的构造带，在早中元古代结晶基底上，发育了早古生代优地槽，加里东运动使地槽回返，形成褶皱基底，晚古生代转化为稳定的盖层。
高原南面的冈底斯、喜马拉雅构造带，在中晚元古代结晶基底上整合递变，从早古生代开始发育了地台盖层，海相沉积一直延续到始新世，其中晚石炭世－早二叠世广泛发育了冈瓦纳相冰海杂砾岩和冷水型生物群，是冈瓦纳古陆北缘的微陆块。
●地层结构
青藏高原被若干条板块缝合带分为7个地层区：
祁连地层区：主体由中下元古界结晶片岩组成的结晶基底和由下古生界变质基性、中基性火山岩夹变质碎屑岩组成的褶皱基底构成。
柴达木地层区：被厚达6000～7000米的新生代碎屑岩所覆盖，基底岩系包括中下元古界结晶片岩和下古生界巨厚的中酸性火山－沉积变质绿片岩系。
昆仑地层区：由下中元古界片岩、片麻岩、下古生界绿片岩和上古生界－中生界沉积盖层组成。
巴颜喀拉地层区：在东昆仑－西秦岭以南，龙门山以西与金沙江之间，以广泛出露三叠系复理石砂板岩为特征。
羌塘－昌都地层区：介于龙木错－金沙江缝合带与班公错－怒江缝合带之间的广大地区。
冈底斯地层区：介于班公错－怒江缝合带与雅鲁藏布江缝合带之间的广大地区，中上元古界结晶岩系零星出露，叫念青唐古拉群和南迦巴瓦群。
喜马拉雅地层区：中上元古界结晶片岩沿高喜马拉雅出露，称珠穆朗玛群和聂拉木群。
●地壳结构
青藏高原地壳、上地幔介质在纵向与横向上均呈现出明显的不均一。岩石圈存在着清楚的块－层结构：纵向分层，横向分块。岩石圈厚度约140～170公里，地壳平均厚度70公里左右。地壳厚度在东西方向上较均匀，变化不大，而南北方向上变化较大，在几个主要断裂带上，莫霍面均发生错断。例如，雅鲁藏布江断裂带北侧，莫霍面比南侧抬升了8公里。同周围的地块相比，青藏高原地壳厚度要大一倍。
●岩浆地带
1.祁连构造岩浆带
祁连构造岩浆带除早古生代有巨厚中基性火山喷溢外，沿中祁连隆起带还发育了两条花岗岩带，以花岗岩、片麻状花岗岩、花岗闪长岩为主，形成巨大岩基。
2.柴达木构造岩浆带
柴达木构造岩浆带的岩浆活动主要见于盆地边缘，下古生代堆积了巨厚的中酸性熔岩及其凝灰岩，成为褶皱基底的主体。
3.金沙江构造岩浆带
金沙江构造岩浆带有两条花岗岩带与金沙江蛇绿混杂岩及三叠纪巴塘群中基性火山岩带相伴。主要为石英闪长岩和花岗闪长岩，具同熔型特征。
4.唐古拉构造岩浆带
唐古拉构造岩浆带与班公错－怒江蛇绿岩带相伴，在其南侧以花岗闪长岩、黑云母花岗岩为主，形成岩基；在其北侧，以黑云母二长花岗岩为主，呈小岩株，侵入于侏罗系中。
5.冈底斯构造岩浆带
冈底斯构造岩浆带由钙碱性中酸性－酸性侵入杂岩组成巨大岩基，南北宽50～100公里，沿冈底斯山东西绵延千余公里，向西与拉达克花岗岩相连。
6.拉格岗日构造岩浆带
拉格岗日构造岩浆带沿喜马拉雅低分水岭，东起康马，向西经拉格岗日，至马拉山，展布着一个穹隆带。穹隆核部为花岗岩。
●地震活动
青藏高原地区是世界上发生大陆内地震的主要地区，不但地震强度大、频次高、而且活动规律性强。青藏高原十分强烈的地震活动，是现代构造活动的表现，高原四周都是逆冲事件，内部散布着拉张性的地震活动，这一地震活动规律表明，高原的隆生是现今青藏地区地质构造活动的主要形式和地震活动的背景。此外，青藏高原南部位于板块碰撞边界，但近代地震活动并不强烈。而高原西缘的逆冲性地震活动非常强烈。
青藏高原及周边地区的总体地震活动总体呈现4大特点：
一是分布面广，并伴有少量火山活动；
二是地震活动强度高，截至2013年的近50年间，青藏高原7级以上地震多达40余个，历史最高震级达8.5级（1950年察隅地震）；
三是地震密集发生在青藏高原和天山两大特殊构造区，壳内强震活动基本位于地壳厚度大于35千米的地区；
四是有两个中深源的地震活动中心，分别是帕米尔一兴都库什地区和缅甸地区，最大震源深度383千米。
青藏高原高山大川密布，地势险峻多变，地形复杂，其平均海拔远远超过同纬度周边地区。青藏高原各处高山参差不齐，落差极大，海拔4000米以上的地区占青海全省面积的60.93%，占西藏全区面积的86.1%。区内有世界第一高峰珠穆朗玛峰（8844.43米），也有海拔仅1503米的金沙江；喜马拉雅山平均海拔在6000米左右，而雅鲁藏布江河谷平原仅有3000米。总体来说，青藏高原地势呈西高东低的特点。相对于高原边缘区的起伏不平，高原内部反而存在一个起伏度较低的区域。
青藏高原是一个巨大的山脉体系，其由山系和高原面组成。由于高原在形成过程中受到重力和外有引力的影响，所以高原面发生了不同程度的变形，使整个高原的地势呈现出由西北一东南的倾斜的趋势。高原面的边缘被强烈切割形成青藏高原的低海拔地区，山、谷及河流相间，地形破碎。
青藏高原边缘区存在一个巨大的高山山脉系列，根据走向可分为东西向和南北向。东西向山脉占据了青藏高原的大部分地区，是主要的山脉类型（从走向划分）；南北向山脉主要分布在高原的东南部及横断山区附近，这两组山脉组成了地貌骨架，控制着高原地貌的基本格局东北向的山脉平均海拔高度普遍偏高，除祁连山山顶海拔高度为4500米-5500米之外，昆仑山、巴颜喀拉山、喀喇昆仑山等的山顶海拔均在6000米以上。许多次一级的山脉也间杂其中。两组山脉之间有平行峡谷地貌，还分布有数量广泛的宽谷、盆地和湖泊。
青藏高原分布着世界中低纬地区面积最大、范围最广的多年冻土区，占中国冻土面积的70%。其中青南一藏北冻土区又是整个高原分布最为广泛的，约占青藏高原冻土区总面积的57.1%。除去多年冻土之外，青藏高原在海拔较低区域内还分布有季节性冻土，即冻土随季节的变化而变化，冻结、融化交替出现，呈现出一系列融冻地貌类型。另外，青藏高原上冰川及其雕塑的冰川地貌也广泛分布。
2018年9月5日，第二次青藏高原综合科学考察研究在拉萨发布了首期成果：科考发现，冈底斯山先于喜马拉雅山隆升到现在的高度。喜马拉雅山阻挡南亚季风气团向北传输，使青藏高原逐渐变干变冷。高原隆升后，青藏地区生物形成“走出西藏”和“高原枢纽”共存的模式演化。
过去50年来，青藏高原及其相邻地区冰川面积退缩了15%，高原多年冻土面积减少了16%；青藏高原大于1平方公里的湖泊数量从1081个增加到1236个，湖泊面积从4万平方公里增加到4.74万平方公里；雅鲁藏布江、印度河上游年径流量呈增加趋势，中亚阿姆河、锡尔河和塔里木河数十条支流径流量增长更为显著。亚洲水塔失衡伴随灾害频发，2016年西藏阿里地区阿汝冰川发生冰崩，造成严重人员伤亡和财产损失，威胁亚洲水塔命运，需要建立科学预警体系。
过去35年间，青藏高原生长季平均植被指数显著增加，但2000年以来其增加趋势减缓；青藏高原碳汇功能显著增加，但未来气候变暖导致的冻土融化可能降低生态系统碳汇功能；高山树线上升增加了森林生物量，但压缩了高寒灌丛—草甸的生存空间，可能提高高海拔特有物种消失的风险；气候变暖对农业生态系统也造成潜在风险。
青藏高原介于北纬26°～39°，东经73°～104°之间，西起帕米尔高原，东到横断山，北界为昆仑山、阿尔金山和祁连山，南抵喜马拉雅山，东西长约2800千米，南北宽约300～1500千米，总面积约250万平方千米，除西南边缘部分分属印度、巴基斯坦、尼泊尔，锡金、不丹及缅甸等国外，绝大部分位于中国境内。
根据青藏高原不同地区的地形地貌特点，可将其分为6个亚（高原）区。
藏北高原
藏北高原位于西藏自治区北部，冈底斯山、昆仑山和唐古拉山之间。海拔一般在4500米左右，是青藏高原的核心部分。地面起伏不大，分布着一系列海拔很高的山脉，但它们的相对高度不大。很多山峰终年积雪，冰川广布。
藏南谷地
藏南谷地又称藏南山地。在西藏自治区南部，喜马拉雅山同冈底斯山间。为雅鲁藏布江等河上游河谷地。东西长约1200千米，南北宽约300～500千米。海拔3000～4000米。河谷沿岸多局部平原。
柴达木盆地
柴达木盆地地处东经90°16′～99°10′、北纬35°20′～39°25′之间，是青海省内最大的高原盆地。东西长800公里，南北最阔处400公里，总面积约27万平方公里。属青海省海西蒙古族藏族自治州辖区。
祁连山地
祁连山地位于青海省东北部，北与东同甘肃省河西走廊为邻，南靠柴达木盆地，由断块山脉与谷地组成。东西长1200千米，南北宽250～400千米，面积约10万平方千米。山间盆地和谷地海拔一般在3000～4000米之间，海拔5000米以上的山峰很多，西段地势高，平行岭谷紧密相间。
青海高原
青海高原为青藏高原东北部分。在今青海省中、南部。北起布尔汗布达山、祁连山，南至四川西北边境，东到西倾山，西南抵唐古拉山。高原海拔4000米左右，最高点为昆仑山的布喀达坂峰，海拔6860米，最低点在民和县下川口村，海拔1650米。
川藏高山峡谷区
川藏高山峡谷区在四川省西部、西藏自治区东部和云南省西北部。为青藏高原东南部，山河相间。自东向西，有九顶山、岷江、邛崃山、大渡河、大雪山、雅砻江、沙鲁里山、金沙江、宁静山、澜沧江、怒山、怒江等。海拔3000～4500米。
青藏高原气候总体特点：辐射强烈，日照多，气温低，积温少，气温随高度和纬度的升高而降低，气温日较差大；干湿分明，多夜雨；冬季干冷漫长，大风多；夏季温凉多雨，冰雹多。
青藏高原年平均气温由东南的20℃，向西北递减至-6℃以下。由于南部海洋暖湿气流受多重高山阻留，年降水量也相应由2000毫米递减至50毫米以下。喜马拉雅山脉北翼年降水量不足600毫米，而南翼为亚热带及热带北缘山地森林气候，最热月平均气温18～25℃，年降水量1000～4000毫米。而昆仑山中西段南翼属高寒半荒漠和荒漠气候，最暖月平均气温4～6℃，年降水量20～100毫米。日照充足，年太阳辐射总量140～180千卡/平方厘米，年日照总时数2500～3200小时。冰雹日最多，如那曲年冰雹日20～30天以上。
青藏高原可分为喜马拉雅山南翼热带山地湿润气候地区、喜马拉雅山南翼亚热带湿润气候地区、藏东南温带湿润高原季风气候地区、雅鲁藏布江中游（即三江河谷、喜马拉雅山南翼部分地区）温带半湿润高原季风气候地区、藏南温带半干旱高原季风气候地区、那曲亚寒带半湿润高原季风气候地区、羌塘亚寒带半干旱高原气候地区、阿里温带干旱高原季风气候地区、阿里亚寒带干旱气候地区及昆仑寒带干旱高原气候地区等10个气候区。
青藏高原是北半球气候变化的启张器和调节器。该区的气候变化不仅直接驱动中国东部和西南部气候的变化，而且对北半球具有巨大的影响，甚至对全球的气候变化，也具有明显的敏感性、超前性和调节性。
