根据嵩山世界地质公园内“五代同堂”的地层层序和构造运动遗迹的基本特征，按照地质科学的原理，科研追溯出嵩山形成的过程和发展、演化的景象，地球发展的早期阶段，表面被水包裹着。

嵩山在距今约30亿年的时候，已经有了小块的陆核存在，具体位置可能在嵩山以西不远处。而这时嵩山地区应该是一片汪洋。

大约在距今27亿年时，由于地壳拉伸，在那时陆核东部边缘的海洋中产生了一个南北向裂谷。裂谷中发生了多次的火山喷发，初期是基性岩浆的海底火山溢流，中期喷发活动逐渐向酸性转化，后期火山基本停止，裂谷中的沉积物以海相运动分为三幕，第一幕洋陆碰撞作用，洋壳自东向西俯冲，陆壳自西向东推覆，使上述陆缘裂谷闭合。伴随俯冲，大规模花岗岩岩浆上侵。已经成岩的登封岩群发生了强烈的韧性剪切变形，局部发生了固态塑性流变变形和角闪岩相变质。这次碰撞，使嵩山地区地壳进一步加厚并快速隆升。进入古元古代嵩阳运动开始第二幕，陆壳的推覆强度已经减弱。这期间约在距今23—21亿年间，曾发生过一次较强的推覆作用和热液活动，有大量伟晶岩脉侵入。第三幕主要表现在辉绿岩石墙群和钾长花岗岩的上侵。嵩阳运动使嵩山古老的基底花岗岩—绿岩体完全固结，陆核也得到了大范围的增生。嵩阳运动使嵩山及其周边地区第一次成为陆地并遭受了较长时期的风化剥蚀。

大约在距今21—18亿年时，原来已经闭合的裂谷，再次开裂。形成了一个新的海槽。嵩山地区第二次成为海洋。在这个海槽里，沉积了从陆地上搬运来的大量物质，这些沉积岩就是嵩山群。

古元古代末，即距今18亿年时，嵩山地区发生了中岳运动，使海槽迅速闭合，嵩山地区第二次成为陆地。这次运动使已经形成的所有岩层再次受到改造，发生了比嵩阳运动更为强烈的褶皱和变形，但变质程度普遍不高。这次运动使华北各陆块拼合在一起，形成了华北统一古陆块。　　中元古代早期，即距今18—16亿年时，嵩山地区产生了一些东西向张裂带，嵩山的石称，白家寨等地沿张裂带侵入了一系列花岗岩体和辉绿岩墙。这次岩浆活动是嵩山地区的最后一次，从此嵩山再没有发生过岩浆热事件。

中岳运动之后，嵩山地区又经历了长时间的剥蚀。嵩山的第二次陆地状态保持了7亿年，缺少沉积。只在地质公园以西的兵马沟一带有河流相沉积。　　距今11亿年时，嵩山地区开始沉降，在华北陆块之前形成了一个盆地，叫前陆盆地，嵩山地区第三次被水淹没。前陆盆地的沉积中心在嵩山西北佛光—少林寺一带，沉积了五佛山群。　　距今8亿年时，少林运动开始起动。少林运动是一次以垂直升降作用为主的造陆运动，嵩山地区又一次抬升，第三次成陆，受到风化剥蚀。各处抬升的速度和幅度不一样，盆地南部比北部抬升较快，幅度相对较大，在抬升过程中，岩层向北斜的角度加大，尚未完全固结或刚刚固结成岩的五佛山群岩层内部重力失衡，沿内部软层发生破裂，并自南向北滑动，形成了嵩山地区独具特色的重力滑动构造。　　距今6.1亿年以后，全球气候变冷，嵩山地区也发生了冰川活动，属于大陆冰川。遗留下的冰川堆积物，是一种泥砾混杂的特殊沉积物，称罗圈组。经受了少林运动以来2.57亿年的风化剥蚀，嵩山一带乃至华北古陆几乎被夷为平地。

距今5.43亿年时，来自南方的海水慢慢向北推进，揭开了地质史上新的一页—古生代。海水从东南和西南两个方向向华北古陆推进，淹没了嵩山地区，嵩山第四次成为海洋。

到距今4.9亿年的寒武纪末，海水全部离开了嵩山地区，这里第四次成为陆地，属于熊耳古陆的一部分。嵩山地区的地形，也由寒武纪开始时的北高南低，变为南高北低了。

距今4.55亿年的中奥陶纪末，受加里东运动的影响，华北海的海水向东北方向陆续退走，华北大部分地区上升成为陆地，嵩山地区第五次成陆。这一次陆地环境保持了1.35亿年，缺失了上奥陶系、志留系、泥盆系、下石炭系的沉积，连刚刚沉积的马家沟灰炭岩也多数被剥蚀，在嵩山只剩下了90余米的厚度。剥蚀面上形成了红土风化壳和岩溶地貌。　　到了距今3.2亿年的晚石炭纪，海水从东北方向再次向嵩山地区淹来，嵩山地区第六次成为海域。　　

距今2.35亿年，地质时代进入二叠纪。二叠纪嵩山地区是一个海湾，处于海平面上下频繁波动的潮坪或宽阔平坦的滨海平原环境。二叠纪末期，嵩山地区受华力西运动影响抬升，海水向东南方向退出，海退后的滨海浅滩上发育了大型海滨淡水湖泊。盆地渐渐缩小以至闭塞，气候也转为炎热干旱。嵩山第六次成为陆地，从此结束了海洋的历史。　　进入中生代的三叠纪，嵩山地区大部分是陆地，三叠纪末，印支运动使嵩山地区继续抬升，那几个可怜的小湖泊也消失了。抬升状态延续了1.48亿年，缺失了侏罗纪、白垩纪的沉积。虽然没有沉积，但却并不平静，白垩纪时，嵩山经受了燕山运动的强力改造，燕山运动以强烈的褶皱作用和断块作用为特征，使嵩山三叠纪以前的地层都发生了轴向近东西的褶皱，形成了嵩山复背斜和大金店复向斜。三组不同方向的断裂又对这些褶皱进行了再次的改造。　　燕山运动时，嵩山山岳河流外貌定型。经过燕山运动，嵩山高高隆起，称为“嵩箕高地”，在它的周围形成一些山间断陷盆地。这些盆地所处环境不同，新生代的沉积也各具特色。　　

古近纪（距今6500--2330万年），嵩山气候干热，南麓的大金店盆地里时有干涸，只有始新世的河流，湖泊相沉积。　　新近纪（距今2330—260万年）前期，大金店盆地又开始有了沉积，开始为紫红色山麓堆积的砾岩，逐渐变为湖泊相的沉积。　　大约在距今200万年后，嵩山和整个北半球一样气候变冷，降雪量大增，发生了固体河流—冰川活动。这次冰川活动相当于我国北方的朝阳冰期和南方的鄱阳冰期。　　冰期过后，气候渐渐湿润炎热，或干湿交替，有利于生物繁衍，软体动物双壳类十分繁盛，古菱齿象和安氏鸵鸟沉稳地在草原上散步。这一时期沉积的黄土，为全新世人类的繁衍生息提供了优良的条件，颖河两岸的阶地成为人类祖先活动的场所。　　嵩山30亿年的地质历史中，隆起成陆的时间约17.5亿年，被海水淹没的时间约12.5亿年。其间六次成陆，六次成海，以海洋开始，以陆地结束。

在嵩山世界地质公园内，连续出露着太古宙、元古宙、

五个地质历史时期

古生代、中生代、新生代五个地质历史时期的岩石地层序列，地学界称之为“五代同堂”。

新生代地层

新生代底层属于嵩山地区第五代，为6500万年以来的陆相沉积物。

中生代地层

嵩山地区第四代，区内仅出露三叠纪地层，为一套红色为主的砂岩、泥岩，年龄2.5-2.05亿年，由内陆湖泊沉积形成。

古生代地层

嵩山地区第三代，分上下两套，下套为寒武奥陶系，已有5.43——4.9亿年，由海洋沉积形成，主要岩石为石灰岩，含丰富的动物化石，三叶虫最多；上套叫石炭二叠系，形成于3.54——2.5亿年间，为滨海、湖沼沉积形成的砂岩、页岩、并含铝土矿和多层可采煤层，动植物化石丰富。

元古宙地层

嵩山地区第二代，分下部和上部两套，由海洋沉积物固结而成，代表岩石为砂岩、页岩、石灰岩等。下部叫“嵩山群”，上部称“无佛山群”，后者含丰富的微古生物化石——叠层石。

太古宙地层

嵩山地区最老的一代，已有约27亿年的高龄，由海底火山喷发物和海洋沉积物固结、变质而成，代表性岩石为片麻岩和片岩，叫做“登封岩群”。