中国云台山世界地质公园经历了长期而复杂的地质演化历史。距今25亿年前的太古宙末期形成“萌地台”，约18亿年前进入地台发展阶段。距今约12亿年前的中元古代蓟县纪，下降接受滨海相的碎屑沉积，形成地台盖层构造层和中元古界蓟县系云蒙山组与太古宇之间的角度不整合接触；距今约543-490Ma寒武纪为广阔的陆表海环境，形成巨厚的以碳酸盐岩为主的沉积，并构成寒武系与云梦山组的平行不整合接触；中奥陶世继承了寒武纪陆表海环境，仍为碳酸盐岩为主的沉积，形成中奥陶统与寒武系之间平行不整合接触。石炭纪为海陆交互环境，形成石炭纪与中奥陶统之间平行不整合接触，为重要的煤、铁、铝成矿期。中生代以来受太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响，发生了强烈的构造活动，印支-燕山运动早-中期为隆升造山作用。早白垩世晚期开始了全新的、以伸展作用和断块差异升降为特征的东亚裂谷系发育期。早白垩世晚期-古近纪初为裂谷的雏形发育期，古近纪为裂谷发展的全盛期，新近纪裂谷盆地整体坳陷，为裂谷发展的衰亡期。第四纪构造活动继承了新近纪的活动特征。因此，云台山世界地质公园保存完好的地质遗迹是反映地球历史和构造演化的记录。