三清山的第一次大海浸发生于14亿年前的中元古界。那时三清山地区的地壳运动正处于“地槽”沉降阶段，海水浸没达4亿年之久，沉积数千米厚的双桥山群的复理式海相碎屑岩，并夹杂有海底火山喷发物。在“晋宁运动”后，才结束了地槽式沉降历史，地壳开始逐渐回返上升，出水为陆，三清山地区进入相对稳定的“地台”阶段。10亿年前，三清山地区成为华南洋中的一个岛弧，9-8.5亿年前后，洋盆消失、扬子古板块与华夏古板块碰撞，三清山地区恰处于古板块结合带。中生代以来，陆内A型俯冲与陆内伸展奠定了地质构造和地理格架，为三清山花岗岩地质地貌的形成、生物的繁衍以及人类的发展提供了优越的地质环境。
约9亿年前后，扬子古板块与华夏古板块碰撞对接，并成为Rodinia超大陆的组成部分，留下了珍贵的古洋壳残迹即蛇绿混杂岩带（9.68亿年）和兰闪石片岩（8.66±0.14亿年），是古板块对接和晋宁造山运动的重要见证。8.3~8亿年前进入裂谷期，Rodinia超大陆裂解，三清山位于扬子大陆板块与华南裂谷海盆之间的过渡带，形成了海相磨拉石—复理石和双峰式火山岩建造。南华纪早期，区内处于滨海—陆表海的沉积环境中，以碎屑建造沉积为主；随之“雪球事件”出现，留下了古冰川活动的遗迹—南沱组冰碛岩。
震旦纪，陆壳基本固结，气候转暖，冰雪消融，到了震旦纪末期，发生第二次大海浸，海水浸没达1.6亿年之久，一直延续到奥陶纪末期，沉积4000多米厚的浅海相砂页岩和碳酸盐岩类，并含有三叶虫、笔石和海绵等海相古生物化石，沉积了一套浅海相泥硅质和碳酸盐建造。经奥陶纪末期的“加里东第一幕”造山运动，三清山从此完全脱离海水环境，不再接受沉积。在距今4.4亿年前的志留纪早期，虽发生第三次大海浸，但海水仅到达三清山东南角的边缘部分。2亿多年前，三清山结束了长期的海洋历史，开始进入内陆发展的新阶段。1.8亿年前，侏罗纪晚期与白垩纪，三清山区域内发生异常强烈的造山运动，即燕山期运动，并伴随有大规模的酸性岩浆浸入活动，从而奠定三清山构景的地质基础。中生代是三清山花岗岩成岩、成山的重要时期，也是花岗岩地质、花岗岩地貌、花岗岩生态的奠基时期。此后，又通过新生代的变化，才造就了现今的奇特的花岗岩景观和独特的生态系统。
三叠世印支运动之后，三清山及其相邻地区为陆内地势相对较低的复式向斜。此后，才逐渐形成今日所见的盆岭地貌格局。
在中—晚侏罗世—早白垩世盆岭雏形期，由于欧亚板块与古太平洋板块相互作用，区内发生了强烈的燕山期陆内造山动动，随着赣东北深断裂的陆内俯冲作用，形成了北东向三清花岗岩基，怀玉山脉开始呈挤压型“坳中隆”式低缓隆起，并逐渐发生弱剥蚀，两侧出现陆相盆地。当时，包括三清山在内的古欧亚大陆与古北美古大陆曾是相连的。
在晚白垩世盆岭伸展成型期，进入喜马拉雅期，地壳于造山后，强烈伸展，发生大规模断块作用。怀玉山脉急剧隆升，强烈剥蚀，花岗岩体暴露地表，估算剥蚀厚度约4000~5000m。山脉两侧作不均衡断陷，形成红色碎屑岩断陷盆地，北侧盆地规模较小，南侧信江断陷盆地规模大，堆积红色碎屑岩厚度2000~3000m。山体与盆地存在巨大反差。是怀玉山脉主要的形成期。欧亚古大陆与北美古大陆开始分离。在古近纪至新近纪盆岭缓变期，为地壳强烈伸展后的相对休眠期，山体剥蚀微弱，盆地萎缩，缺失沉积。
在第四纪盆岭改造期，地壳作波浪状缓慢抬升，在怀玉山脉上部和近山麓地带的三清湖喀期特峰林都保留有3级夷平面，信江河谷形成3级阶地。从怀玉山山脉、山麓至信江盆地，地壳隆升幅度依次降低。同时沿部分断裂，发生差异升降作用。三清山受周边所围绕的3条正断裂控制，再次缓慢抬升，在怀玉山脉隆起的背景下，形成“隆上隆”，成为怀玉山山脉的最高峰，也是三清山峰林景观的造景时期 。
