大青山位於陰山山脈的中段，東西走向，綿延150多公里，海拔約1500~2100公尺，為塊狀斷裂的中高度山地，山地基岩與地表是由花崗岩、片麻岩、片岩、頁岩、砂礫岩以及殘積、坡積層、洪積砂礫層所構成。大青山南北地貌形態非常不對稱，北部較為平緩，與內蒙古高平原之間無明顯分界線，南部則以巨大的正斷面與黃河平原截然分開，此地貌特點使大青山成為南北兩種自然景觀的一道天然屏障。