丹霞山在距今1.4亿年至7000万年间，丹霞山区是一个大型内陆盆地，受喜马拉雅造山运动影响，四周山地强烈隆起，盆地内接受大量碎屑沉积，形成了巨厚的红色地层;在距今7020xx年前后，地壳上升而逐渐受侵蚀。距今600万年以来，盆地又发生多次间歇上升，平均大约每万年上升1米，同时流水下切侵蚀，丹霞红层被切割成一片红色山群，也就是现在的丹霞山区。
丹霞山发育在南岭褶皱带中央的构造盆地中，具有单体类型的多样性和地貌景观的珍奇性，是中国丹霞地貌的命名地及主要类型和基本特征的模式地，是发育到壮年中晚期簇群式峰丛峰林型丹霞的代表。在系列提名中热带物种成分最多，沟谷雨林特征最突出;是丹霞生物谱系、丹霞“孤岛效应”与“热岛效应”研究的模式区域。
丹霞山境内有大小石峰、石墙、石柱、天生桥共计680多座;丹霞山在地层、构造、地貌表现、发育过程、营力作用以及自然环境、生态演化等方面的研究在全国丹霞地貌区最为详细和深入，已经成为全国乃至世界丹霞地貌的研究基地以及科普教育和教学实习基地。