五台山是中国最古老的地质构造地区之一，也是全国地质研究对比的典型地区之一。

　　五台山的形成要追溯到26亿年前。五台山地层，除短缺古生界的奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统、中生界外，其它各个时代包括太古界、元古界、古生界、新生界的地层都比较齐全。

　　阜平群是五台山出露最古老的地层，主要分布在五台山东南部，与河北省接壤地带。在原始地壳上最早堆积了中太古界阜平群地层，沉积了一套碎屑岩及碳酸岩建造。这是一套巨厚的遭受普遍混合岩化的变质岩系，厚度近万米。

　　龙泉关群主要分布在五台山清水河以东一带，厚度近5000米，以眼球状片麻岩最发育，属中太古界。

　　五台群厚度8000余米，主要分布在五台山北坡和东段，属上太古界。地层经变质，形成了石英岩、变粒岩及大理岩。石咀亚群沉积之后的台怀运动，海槽似曾升起，旋即复降，接受了台怀、高凡亚群绿色片岩及磁铁石英岩的沉积。这些绿色片岩及磁铁石英岩，构成了中浅变质岩系五台山地质的重要特点。