距今2.35亿年，地质时代进入二叠纪。二叠纪嵩山地区是一个海湾，处于海平面上下频繁波动的潮坪或宽阔平坦的滨海平原环境。二叠纪末期，嵩山地区受华力西运动影响抬升，海水向东南方向退出，海退后的滨海浅滩上发育了大型海滨淡水湖泊。盆地渐渐缩小以至闭塞，气候也转为炎热干旱。嵩山第六次成为陆地，从此结束了海洋的历史。 进入中生代的三叠纪，嵩山地区大部分是陆地，三叠纪末，印支运动使嵩山地区继续抬升，那几个可怜的小湖泊也消失了。抬升状态延续了1.48亿年，缺失了侏罗纪、白垩纪的沉积。虽然没有沉积，但却并不平静，白垩纪时，嵩山经受了燕山运动的强力改造，燕山运动以强烈的褶皱作用和断块作用为特征，使嵩山三叠纪以前的地层都发生了轴向近东西的褶皱，形成了嵩山复背斜和大金店复向斜。三组不同方向的断裂又对这些褶皱进行了再次的改造。 燕山运动时，嵩山山岳河流外貌定型。经过燕山运动，嵩山高高隆起，称为“嵩箕高地”，在它的周围形成一些山间断陷盆地。这些盆地所处环境不同，新生代的沉积也各具特色。
古近纪（距今6500--2330万年），嵩山气候干热，南麓的大金店盆地里时有干涸，只有始新世的河流，湖泊相沉积。 新近纪（距今2330—260万年）前期，大金店盆地又开始有了沉积，开始为紫红色山麓堆积的砾岩，逐渐变为湖泊相的沉积。 大约在距今200万年后，嵩山和整个北半球一样气候变冷，降雪量大增，发生了固体河流—冰川活动。这次冰川活动相当于我国北方的朝阳冰期和南方的鄱阳冰期。 冰期过后，气候渐渐湿润炎热，或干湿交替，有利于生物繁衍，软体动物双壳类十分繁盛，古菱齿象和安氏鸵鸟沉稳地在草原上散步。这一时期沉积的黄土，为全新世人类的繁衍生息提供了优良的条件，颖河两岸的阶地成为人类祖先活动的场所。 嵩山30亿年的地质历史中，隆起成陆的时间约17.5亿年，被海水淹没的时间约12.5亿年。其间六次成陆，六次成海，以海洋开始，以陆地结束。
在嵩山世界地质公园内，连续出露着太古宙、元古宙、
五个地质历史时期
古生代、中生代、新生代五个地质历史时期的岩石地层序列，地学界称之为“五代同堂”。
新生代地层
新生代底层属于嵩山地区第五代，为6500万年以来的陆相沉积物。
中生代地层
嵩山地区第四代，区内仅出露三叠纪地层，为一套红色为主的砂岩、泥岩，年龄2.5-2.05亿年，由内陆湖泊沉积形成。
古生代地层
嵩山地区第三代，分上下两套，下套为寒武奥陶系，已有5.43——4.9亿年，由海洋沉积形成，主要岩石为石灰岩，含丰富的动物化石，三叶虫最多；上套叫石炭二叠系，形成于3.54——2.5亿年间，为滨海、湖沼沉积形成的砂岩、页岩、并含铝土矿和多层可采煤层，动植物化石丰富。
元古宙地层
嵩山地区第二代，分下部和上部两套，由海洋沉积物固结而成，代表岩石为砂岩、页岩、石灰岩等。下部叫“嵩山群”，上部称“无佛山群”，后者含丰富的微古生物化石——叠层石。
太古宙地层
嵩山地区最老的一代，已有约27亿年的高龄，由海底火山喷发物和海洋沉积物固结、变质而成，代表性岩石为片麻岩和片岩，叫做“登封岩群”。
