张家界地貌的形成是在特定的地质环境中内外力长期相互作用的结果。在区域构造体系中，处于新华夏第三隆起带，在漫长的地质历史时期内，大致经历了武陵、雪峰、印支、燕山、喜山及新构成了本区域的基本构造地貌格架，而喜山及新构造运动是形成张家界奇特的石英砂岩峰林地貌景观的最基本的内在因素。
面外力地质活动作用的流水侵蚀和重力崩塌及其生物的生化作用和物理风化作用，则是塑造张家界地貌景观必不可少的外部条件。
张家界地质形成的原因：
在张家界市区境内，由于受地理、地层、构造、气候等诸多条件的影响，便形成了多姿多彩的地貌奇观。从地势上来看，张家界市西接云贵高原，东临洞庭湖，北与鄂西山区接壤，南又与雪峰山毗连。其总的地势是：东南与中部低，四周高，沿澧水河流两岸，又有一块一块的冲积土平原。该市境内一年四季，气候温和，雨量充沛，溪流发育，各条溪流的均汇集到澧水河，然后从西向东，一直流进八百里洞庭湖。湖内，沉积着几十米几百米厚的泥沙。与洞庭湖相反，从东向西，地势又逐渐升高，到市区中心地段，便出现了海拔高达1500余米的天门山、七星山等高山峻岭。有高山峻岭，又有低谷平原，这就是本区独特的流水侵蚀地貌。 武陵源景区内的巨厚的石英砂岩，产状平缓，使岩层不能沿层面薄弱部位滑塌，覆盖在志留系柔性的页岩之上。重力作用，使得刚性的石英砂岩垂直节理发育，在水流强烈的侵蚀作用下，岩层不但解体、崩塌，流水搬运，残留在原地的便形成雄、奇、险、秀、幽、旷等千奇百怪的峰林，是武陵源风景区的主体。慈利县五雷山风景胜地，同样也是由同一层位的石英砂岩组成，岩层产状也平缓。五台山顶部有黄绿色的页石、泥灰岩覆盖，它是隔水岩系，可以保护下伏砂岩免受流水侵蚀。
流水侵蚀地貌
在市域另一个突出的表现是由于地壳上升，溪流向下切割作用加大，来不及将河流拓宽，而使河谷形成隘谷、峡谷。河的谷底极窜成线形，两壁陡峻，滩多水急。张家界市澧水源头、娄水上游、茅岩河段，就是这种河谷地貌。
喀斯特地貌
近年来学术界也称岩溶地貌，也是张家界地貌的另一突出的特点。约占全市面积百分之四十左右，且种类，不论地表、地干，其堆积物均发育齐全，是我国湘西北喀斯特地形发育地区的一个组成部分。桑植县、慈利县大部，武陵源区、永定区东南部是这一地形发育的地区。地表喀斯特地形的溶沟、溶槽、石芽、干谷、石丘、石陵市内各地可见，唯石林在市区少见，在天门山风景区能见到一些单个石柱，但很少成林。湘西北地区只有在自治州花垣县小排吾一地，有一片石林，俗称“石栏栅”，颇引人注意， 也吸引了不少游人学者观光考察。 地下喀斯特溶洞、喀斯特堆积物形态。在张家界，更是堪称一绝。其溶洞规模，桑植县的九天洞能列入世界洞穴学会会员洞，也真不愧为亚洲第一洞的响亮称号，可见不是一般。九天洞和位于武陵源区的黄龙洞，是张家界地下喀斯特地形的代表。它们集溶洞、溶洞河、暗河、落水洞、漏斗为一体。其洞内喀斯特堆积物，石钟乳、石笋、石柱更是千姿百态，变化万千，可以说，想什么，像什么，极大地拓展了游人想象的空间，往往使人很难找到恰当的词汇和语言来赞美她。
