回溯3.8亿年时光，公园历经多期地壳抬升与沉积演化。自新生代以来，在地壳强烈隆升的地质背景下，叠加流水侵蚀、重力崩塌、风化剥蚀等营力的协同雕琢，最终塑造出如今棱角分明、巍峨耸立的石英砂岩峰林奇观。

一、张家界曾经也是滨海之地

距今约3.8亿年前的泥盆纪中期，张家界地区还是滨海环境。在稳定的地质条件下，来自陆地的大量碎屑颗粒随流水裹挟至此，在海浪的长期淘洗和分选下，仅留下抗风化的纯净石英砂，经压实后形成了厚层的石英砂岩。

二、石英砂岩戴上“红铁帽”

距今约3.8-3.58亿年前的泥盆纪晚期，海洋环境变化，石英砂岩顶部形成了一层富含铁质的岩石。海西运动后，张家界地区地壳抬升，由海洋环境逐渐变为了陆地。这层含铁岩石在风化作用下形成了数十米厚的红色铁质风化壳——俗称“铁帽”。

三、海陆交互环境动荡

距今约2.99-2.37亿年间，张家界地区处于一种动荡的海洋环境。浅海中海洋生物大量繁殖和死亡，在强烈的生物化学作用下，形成了厚层的碳酸盐岩。

四、转海为陆

距今约2.37亿年，印支运动使中国大部分地区海水退去成为陆地，张家界地区也不例外。自此张家界地区结束了海洋历史。

五、造山隆起

距今约1.45亿年，燕山运动使张家界地区整体隆升，成为高原山地，地层也发生褶皱挤压变形。云台观组巨厚层石英砂岩在强烈的挤压变形中，如强硬的中流砥柱，仅让岩层发生了极缓倾斜，为张家界地貌的屹立奠定基础。

六、剥蚀夷平

距今约0.66-0.34亿年，张家界地区地壳处于相对稳定阶段，高原山地经历了长期的剥蚀夷平作用后，削高填平，形成了低缓起伏的准平原状高原地貌，这时的高原面被称作湘西期夷平面。

七、夷平面的解体与切割

距今约3300-258万年，喜马拉雅运动使张家界地区地壳抬升，山地遭受河流多期次下切、拓宽作用，导致湘西期夷平面发生解体，暴露出了早期形成的石英砂岩，形成了深切嶂谷、峡谷及张家界地貌的雏形。

八、终成砂岩峰林

距今约258万年以来，尤其在青藏高原强烈抬升影响下，张家界地区地壳再次快速抬升，石英砂岩被挤压力剪切形成“Ⅹ”状剪节理。流水不断沿节理切割，逐渐形成棱柱状峰林。随着河流溯源侵蚀，峰林面积进一步扩展，历经数十万年，使张家界地貌从幼年期至老年期都完整保留。