丹霞山地貌属于红层地貌。所谓“红层”是指在中生代侏罗纪至新生代第三纪沉积形成的红层岩系,一般称为“红色砂砾岩”。红色砂岩一般是曾经炎热多雨,导致其他矿物的淋失,铁积累而成。
现在悬崖上可以看到粗细相间的沉积层理,颗粒粗大的层岩叫“砾岩”,细密均匀的岩层叫“砂岩”。丹霞地貌最突出的特点,是“赤壁丹霞”广泛发育,形成了顶平、身陡、麓缓的方山、石墙、石峰、石柱等奇险的地貌形态。由于20世纪20年代我国学者以丹霞地貌为基地率先对红层地貌开展科学研究,因而红层地貌也被命名为“丹霞地貌”。
丹霞地貌主要分布在中国、美国西部、中欧和澳大利亚等地,以中国分布最广。除广东丹霞山以外,福建泰宁风景区、福建武夷山、连城、泰宁、永安,贵州赤水、江西龙虎山、鹰潭、弋阳、上饶、瑞金、宁都,青海坎布拉,浙江永康、新昌,广西桂平的白石山、容县的都峤山,四川江油的窦山、灌县的青城山,陕西凤县的赤龙山以及承德等地,是中国丹霞地貌的典型地质地貌。
丹霞地貌发展是从第三纪末期的喜马拉雅造山运动开始的。这次运动使一部分红色地层产生倾斜和缓慢的皱纹,提升红色盆地,形成外流区。流水集中在盆地中部的低洼处,沿岩层垂直节理侵蚀,形成两个直立的深沟,称为巷谷。
坑道谷间山麓的崩塌物在流水无法全部搬运时,形成坡度缓慢的崩塌积锥。随着沟壁崩塌,崩塌积圆锥不断向上延伸,覆盖基岩面的范围也不断扩大,崩塌积圆盘下部的基岩形成了与崩塌积圆锥的倾斜方向一致的缓慢的坡。
悬崖崩溃后的返还,使山顶的范围逐渐缩小,形成了碉堡状的残峰、石墙和石柱等地形。由于进一步的侵蚀,残峰、石墙、石柱也消失了,形成了缓慢的丘陵。这是丹霞地貌形成的原因。