泰山古称大山、太山，又称岱宗、东岳，生成于地质史上太古代，距今约三千万年前的新生代中期，泰山轮廓基本形成。泰山主体盘亘于泰安、济南之间。主峰区位于泰山区西北部。主峰天柱峰（玉皇顶），海拔1532.7米，在中国东部长江以北燕山以南的滨海地区为第一高度。其它的山峰主要有：尧观顶1481米，老平台1217米，鸡冠山873米，卖饭棚1052米，固顶山904米，黄石崖1006米，扇子面828米，黄尖子顶955米，凤凰岭822.7米，月观峰1468米，日观峰1524米，拦住山1048米，中溪山962米，龙泉峰939米，摩天岭793米，傲徕峰997米，龙泉峰939米，调军岭625.9米，凌汉峰483米，虎山231米，金山229米，黄山374米。山体主要由片麻岩、片岩和花岗岩构成，高大雄伟，峰高谷深。主要的沟谷有中溪、西溪、东溪、葛条沟、天津河等大小数十条。气候由暖温带经温带过渡到寒温带。主峰南坡由麓到顶降水由700毫米递增到1000多毫米，植被由落阔叶带经针叶和落阔叶混交带，过渡到灌木草甸带。植被覆盖率90%，林木覆盖率80%。
1999年10月，泰山区设立泰山地质地貌景观保护区。保护区内有古建筑群20余处，石刻2200多处，著名山峰20多座，崖岭近80座，岩洞近20处，奇石近60块，溪谷10余条，潭池瀑布50余处，泉水60余处，矿藏20多种。其中主要地质地貌景观有虎山、醉心石、经石峪、万笏朝天、中天门、斩云剑、探海石、仙人桥、后石坞、傲徕峰、龙潭瀑布等。这些自然景点不仅有重大的观赏价值而且还有重要的科研价值。
仙人桥在瞻鲁台西南有一峡谷，上有三块花岗岩巨石因构造运动塌落，悬空衔接抵撑成桥，横架深涧之上。
探海石在玉皇顶东，为一与地面约成30度角的舌状巨石，前为悬崖，视域开阔，是观日出的绝佳处，为泰山标志景观之一。
龙潭瀑布泰山西麓长寿桥下，黄西河飞流而下似白练悬空，其下常年受冲凿，形成腹大口小的石穴，形若瓦坛，故名黑龙潭。
后石坞后石坞危岩峭壁，峰峦峥嵘，谷深清幽，翠柏苍松。保留有第四纪冰川的遗迹。可见冰川擦痕、冰斗、冰川悬谷、冰川角峰等冰川遗迹和冰川地貌。由后石坞向东北至扫帚峪、李家泉一带可见冰碛砾石等。
醉心石在红门东北的溪边，为“涡柱构造”环节状辉绿玢岩巨石，上刻“醉心”二字。
经石峪位于斗母宫东北，四面环山，深谷幽奥。刻有《金刚经》部分经文，字径约50厘米，书法遒劲，世称“大字鼻祖”。其石为粒黑云石英闪长岩，结构致密均匀，抗风化能力较强。
蒿里山位于泰安城区西南部，面积0.2平方公里，海拔193.2米。蒿里山虽位于泰山脚下，其组成岩石却迥然不同。山上出露岩石距今5亿年左右寒武系石灰岩，岩中盛产三叶虫化石。山背面有山洞，山南有玉仙石，山下有帝王封禅时所建的山神祠，现仅存遗址。蒿里山位居城区，为城市天然公园，开发利用前景广阔。1999年10月，泰山区设立蒿里山地质地貌景观保护区。