地质构造主要分为褶皱和断层两大类，其中褶皱包括背斜和向斜两种形态，背斜是指岩层向上拱起，向斜则是向下弯曲。断层则分为地垒（断层上升岩层）和地堑（断层下降岩层）。这些构造是由于大陆板块的移动造成的，尤其是亚洲板块和印度洋板块之间的相互作用。在雅鲁藏布江缝合带，两大板块正好相遇，在斥力的作用下分裂，加上风化侵蚀的外力，形成了峡谷。
雅鲁藏布大峡谷以其深度、宽度和丰富的科学内涵及宝贵资源，引起了世界科学家的关注。它不仅是世界上最大的降水带所在，还拥有世界上濒临绝种的古老物种和最丰富的水能及生物资源。雅鲁藏布大峡谷的形成与该地区地壳3百万年来的快速抬升及深部地质作用有关。15万年以来，大峡谷地区的抬升速度达到30毫米/年，是世界抬升最快的地区之一。最新地质考察表明，软流圈地幔上涌体是大峡谷形成的根本原因。
雅鲁藏布大峡谷的地质特征与美国科罗拉多大峡谷相似。地幔上涌体可能是大峡谷水汽通道形成的重要因素，也是藏东南成为“气候启动区”的原因之一，还可能是该地区生物纬向分布北移3至5度的重要原因。大峡谷地区有明显的地球系统中层圈耦合作用，是地球系统研究的理想野外实验室。
大峡谷北侧的加拉白垒峰是冰川发育的中心，其东坡列曲冰川长达从雪线海拔4700米延至海拔2850米。峡谷北行的念青唐古拉山东段北坡有卡钦冰川，长达33公里；帕隆藏布上游的来姑冰川，长达35公里，都是我国海洋性温性冰川中较长的山谷冰川，冰川末段伸入常绿阔叶林中，最低可以达到海拔2500米左右的地方。
第四纪中，该地区经历了多次冰川作用，留下了古冰川U形谷和密集的冰丘陵。这些遗迹是水汽通道特定环境下古冰川作用的堆积产物。雅鲁藏布大峡谷作为世界屋脊青藏高原上的一条绿色通道，面向孟加拉湾和印度洋，为来自印度洋的暖湿气流提供了一条天然通道。
