陕西黄土高原在大地构造上属中朝准地台的二级构造单元——鄂尔多斯台拗。中朝准地台是欧亚大陆上最古老的构造之一，它的发育历史可以追溯到42亿年前。它的基底经历了几十亿年的巨大演变，主要由变质程度很深的一些变质岩类组成；它的盖层全部由沉积地层所组成。目前，在陕西黄土高原范围内地表出露的仅是盖层的一部分。中朝准地台是一个经历过多期构造运动影响的、比较稳定的地块，地质构造比较简单。中生代是中朝准地台东西差异运动最明显的时期，地台上的大型拗陷——鄂尔多斯台拗逐步形成，地面上形成一个开阔低平的大型盆地。就在这样的地质构造背景与地貌条件下，第四纪在这里形成了举世闻名的黄土高原。特殊的地理位置、气候条件、地形条件使大量粉尘在这里堆积起来，并经过复杂的黄土化过程形成黄土，并发育了黄土地层。目前，黄土风成为主的理论已得到多数学者的支持，然而黄土化过程中的一些奥秘还有待于人们进一步探索。
陕西黄土高原沉积矿产相当丰富，这里是我国利用煤、石油等能源矿产最早的地区之一，当地居民利用煤和石油的历史可以追溯到一千多年以前，著名的神府煤田正在成为我国出口煤的生产基地之一。