泰山区大地构造位置属中期准地台鲁西断块隆起区西北部泰（安）莱（芜）断陷盆地之西部。地层区划上属于华北地层区鲁西分区泰安小区。出露地层有太古界泰山岩群，下古生界寒武系、奥陶系，新生界下第三系、第四系。
区内构造主要为断裂构造，其中两组断裂最为发育，即北东东向与北北西向。按地质力学划分，属于新华夏系的两组共轭扭裂面，即泰山式和大义山式。北东东向（泰山式）断裂由北向南依次为泰山断裂、结庄断裂（隐伏）；北北西向（大义山式）断裂由东向西顺序为岱道庵断裂，泮河断裂等。泰山断裂为本区构造格架断裂。
北东东向泰山断裂
泰山断裂（带）位于泰山南麓，由大致平行的多条断裂组成，大都为第四系坡洪积物所覆盖，仅零星裸露。陈家庄断裂走向70°，倾向东南，倾角70°；岱道庵断层面走向45°，倾向东南，倾角87°；大马庄断层面走向47°，沿走向呈舒缓波状展布。断面平滑，内有泥、钙质胶结的构造角砾岩，显示了早期以张为主，晚期以压扭为主的多期活动特征。其主断裂北侧为泰山群变质岩构成的上升盘，南侧为新生界地层构成的下降盘。在断裂带内次一级断层之间，由于弧形断裂两盘的牵引作用，尚夹有古生界灰岩地块。
北北西向断裂
岱道庵断裂（带）在区内大都为第四系所覆盖，仅在南北两端有所显示。断裂带北起岱道庵，经上高镇向南至旧县。断裂带最宽达870米，断裂走向330°～350°，倾向北东，倾角70°。
泮河断裂亦为次一级断裂，展布方向大致与岱道庵断裂类似。泮河主要是沿该断裂追踪发育而成。北端切割泰山断裂，向南经栗家庄延伸至汶河南岸岱岳区的桥沟村附近。