太行山脈是中國東部重要自然界線。又名大形山，五形山。北起北京西山，南達黃河北岸，綿延於晉冀之間，呈北北東走向。是中國陸地地形第二階梯的東部邊緣。呂梁運動期始成太行山雛形，海水在奧陶中期退出。晚古生代時，山體發生凹陷，海水侵入。中生代，南部上升，北部局部拗陷。燕山運動時，形成新華夏式褶皺帶。喜馬拉雅運動時，表現為強烈斷裂，並伴隨大幅度拗曲，形成複式單斜褶皺。大致邢台以北，廣泛出露太古代和震旦紀地層，並有中生代侵入的酸性岩體；以南、寒武、奧陶紀地層出露廣泛，岩層走向與山脈走向基本吻合。
太行山大部分海拔在1200米以上，北高南低。發育有多級夷平麵。東瀕華北平原，相對高差1500～2000米，山前洪積扇特別發育。西呈階梯狀逐漸沒入山西高原，相對高差500～1000米。山中多雄關，如紫荊關、娘子關、虹梯關、壺關、天井關等。山西高原的河流經太行山流入華北平原，曲流深切，峽穀毗連，多瀑布湍流。河穀及山前地帶多泉水，以娘子關泉最大。桃河陽泉至亂流段，河水滲漏，常形成幹穀。河穀兩岸有多層溶洞，較著名的有陵川黃崖洞、黎城黃崖洞、晉城黃龍洞、北京房山雲水洞等。著名的河北易縣狼牙山亦為中國北方地區典型的喀斯特山地。