在距今12亿年前的中元古界，黛眉山一带是一片汪洋辽阔的滨海沙滩，沉积的中元古代滨海红色石英砂岩厚达825米，是同时期地层出露厚度最大的地区之一，代表了非常稳定的古大陆环境。距今500万~260万年之间，海底沉积层上升抬出地面，后来在新构造运动背景下，黄河以北一条断层的北部抬升成王屋山，黄河以南一条断层的南部抬升成黛眉山，两条断层之间沉陷为黄河谷地。
王屋山植被为温带落叶阔叶林地带，大部分属于针阔混合林。其特点一是种类繁多，王屋山共有种子植物1374种，分属128科，552属，“千年银杏”属于国家一级保护植物。二是过渡性强。王屋山地理条件复杂，既有海拔400米之低山，又有海拔1700米的高山， 由于相对高度差位大，导致气候垂直变化也大，使植被种群垂直变化显示出多样性。这里虽说以暖温带的华北植物被系为主，但亦兼有华北、蒙古、西北、西南、华中植物区系的属系，甚至还有亚热带过度的具有热带边缘的植物种类。三是古老性，这里分布着第三纪，以及前纪的植物资源。四是特有植物种类多，王屋山受人类干预较少，保留了大面积的天然野生林，使得许多珍稀植物种类得以在此生存。
黛眉山主要植物有松柏、波斯菊、百日草醉碟、鸢尾花、海棠、枇杷、巨紫荆、楸树、红瑞木等百余种。
天坛山园区位于公园北部的王屋山主峰地带，面积257平方千米，分为天坛山和小沟背两个景区。大致以封门口断层为界与中部低山丘陵区分开。主峰天坛峰，海拔高度1715米。天坛山前寒武系构造剖面、小沟背古裂谷背景下形成的西阳河群古火山岩，小沟背古裂谷充填背景下形成的小沟背组河流相残坡积相沉积砾岩，天坛山云梦山组地层剖面。是以反映华北陆块早期演化历史的地质遗迹景观为主，以地质地貌景观为辅，以生态和人文相互辉映的综合型地质公园园区。天坛山的构造剖面，东阳河的古火山岩，小沟背的标准地层剖面，共同构建了一部博大精深的地质史书，一座天然的地质博物馆。
龙潭大峡谷景区位于新安县北部，距洛阳60千米，郑州180千米，连霍高速、310国道、陇海铁路横穿县境，位置优越，交通便利。龙潭大峡谷是黛眉山世界地质公园的核心景区，享有“中国嶂谷第一峡”、“古海洋天然博物馆”、“神州奇峡”和“黄河山水画廊”等美名。
龙潭大峡谷是一条由紫红色石英砂岩经流水追踪下切形成的U型峡谷，全长12千米，谷内嶂谷、隘谷呈串珠状分布，云蒸霞蔚，激流飞溅，红壁绿荫，悬崖绝壁，不同时期的流水切割、旋蚀，磨痕十分清晰，巨型崩塌岩块形成的波痕大绝壁国内外罕见。
景区的六大自然谜团：水往高处流、佛光罗汉崖、巨人指纹、石上天书、蝴蝶泉、仙人足迹；天碑位于龙潭大峡谷，高达百余米，由崩塌作用形成，昂首挺立，直至苍穹。
七大幽潭瀑布：五龙潭、龙涎潭、青龙潭、黑龙潭、卧龙潭、阴阳潭、芦苇潭；
八大自然奇观：绝世天碑、石上春秋、阴阳潭瓮谷、五代波纹石、天崩地裂、通灵巷谷、喜鹊迎宾、银链挂天。 [11]
小沟背景区，位于济源市西北部晋豫交界的邵原镇境内，处于太行山南端和中条山东端交汇点，属典型的火山岩构造为主的自然风景区。西与山西省垣曲县接壤，南傍小浪底黄河三峡与古都洛阳隔河相望，北依太行原始森林与山西省阳城县为邻。从济洛（阳）、济焦（作）高速公路至济源，再转济邵高等级公路可达，距济源市区55千米。
小沟背风景区为中山地貌，处于华北地区唯一遗存的原始森林腹地，由银河谷地、鳌背山、待落岭三部分构成，总面积50平方千米，自然景观奇特，文化内涵丰富，着名景观60多处，既是王屋山世界地质公园的精华所在，又被评为“中国女娲神话之乡”。在王屋山由海变山过程中，小沟背形成了罕见的火山熔岩上覆盖海相沉积岩的地质奇观，满沟的五色石千姿百态点缀其间，大的如楼宇，小的似鸟卵，被形象地称为“彩石谷”。主要景点有堆石洞、七叠瀑、凤凰台、青龙瀑、龙槽凤池、银河峡、伏羲台、通天河、女娲庙、太极石、四象石、金蟾望月石等。万顷松海鳌背山，海拔1929米，是整个景区的最高点，雄踞群峰之冠，顶部为沉积砂岩，远望酷似一只无足神龟横空出世。待落岭海拔1700米，顶部平整，俗称“四十五里跑马栈”。
九里沟景区属国家级风景名胜区，是王屋山国家风景名胜区的重要组成部分，位于河南省济源市西北15千米的思礼乡境内。景区东连五龙口游览区，西和王屋景区接壤，北同山西蟒河游览区毗邻，总面积120平方千米，重要景点80余处。是一处风景名胜集中、文化底蕴闪烁、仙道意境藏真的游