鄂尔多斯陆块，现代地貌上的表现为高原，它的发展历史，依然可以追朔到早在35亿年的地质历史时期，它和地球上所有大陆一样，都经历了复杂的沧海桑田的发展历史，以下简述之。
一、早太古代（35亿年）至晚太古代（25亿年）——地台基底雏形阶段
这是华北地台基底发育时期，35亿年，整个华北地区尚处在较深的海洋环境，早太古代，因当时地壳较薄和地幔物质上涌，火山活动十分频繁活跃。造成大量拉斑玄武岩、钙碱质火山岩、火山碎屑岩等中基性——中酸性火山岩建造。
在强烈的造山运动影响下，这些沉积物不断地一次又一次的褶皱隆起增厚，在高热流的作用下发生了高温变质。多期变质和变形作用的叠加，使这些古老的岩石以花岗——片麻岩穹隆构造形式出现，幵和深成混合花岗岩相伴，晚太古代则是一套绿岩建造，幵有科马提岩。
经过早太古代集宁旋回的火山——沉积作用，变质作用和晚太古代乌拉山旋回的火山——沉积作用、变质作用，终于使几个互不相连的初始陆核——岛链状硅镁质、硅铝质陆块增生、扩大幵焊接成一个整体，奠定了华北地台基底的雏形。
二、早元古代——华北地台形成
这一时期的火山——沉积作用发生在鄂尔多斯高原以北的现今的乌拉山，大青山和色尔腾山一带，主要是一套海相的镁铁质拉斑玄武岩系列，钙碱性的火山熔岩和正常碎屑岩及碳酸盐岩，具典型的绿岩建造。同一时代沉积作用还发生在太古代古陆边缘区，为一套海相火山岩、碎屑岩和碳酸盐岩建造。
早元古代末期的色尔腾山运动，导致地壳增厚、固结、克拉通化，构造运动伴随的岩浆活动，使华北地台基本固结和稳定，华北地台形成，地台范围向西包括阿拉善台隆，向东包括山西台隆，向北达白云鄂博一带，甚至更进。
三、中、晚元古代——盖层发展阶段
盖层沉积是指地台的古老结晶基底形成以后，其上沉积了一套比较稳定的正常陆源碎屑建造，火山活动不发育。到目前为止，鄂尔多斯陆块，由于古生代地层和巨厚的中、新生代地层的覆盖，其深部有无中、晚元古代的盖层沉积，尚不得而知。但从贺兰山地区的中晚元古代黄旗口群和王全口群、渣尔泰山地区的渣尔泰山群、白云鄂博地区的白云鄂博群的展布特点分析，这一时期的盖层沉积只限于这些地区，故推测鄂尔多斯陆块之下，可能不存在中、晚元古代的沉积。
四、古生代——陆表海沉积
本期鄂尔多斯陆块为陆表海沉积环境，海水来自华北海和祁连海。本区自早元古代末形成古陆后，经长期剥蚀，地貌已准平原化，陆壳稳定。古生代初期，本区下降成为浅海盆地幵接受沉积。早寒武世，相当于华北馒头期的龙王庙期沉积了碎屑岩建造，在东胜一带有东胜隆起（即乌兰格尔隆起）。当时气候干燥、炎热，海水较浅，盐度较高，沉积物形成了紫色砂岩、页岩，白云岩中常含有石膏和石盐结晶。中寒武世，海侵扩大，形成了碳酸盐建造。晚寒武世海退，形成了潮坪相碳酸盐建造。本区陆表海的沉积岩相，构成了一套完整的海迚——海退沉积旋回，是典型的地台盖层沉积。中——晚寒武世良好的生态环境，使大量的三叶虫和腕足动物繁衍生殖。在晚寒武世发生了短暂的海退之后，早奥陶世全区又发生大面积的海侵。初期海水较浅，气候炎热，形成蒸发环境；晚期海水较深，生物开始繁盛，主要有头足类、腹足类和腕足类等华北型海相生物。早奥陶世晚期，华北海和祁连海在本区沟通。早奥陶世马家沟末期发生了中加里东运动第I 幕（早期），使鄂尔多斯陆块抬升，形成海退，造成本区中奥陶统的缺失。中奥陶世末期，区内发生了中加里东运动第II 幕（晚期），华北地台大面积抬升，造成大面积海退，全区成为剥蚀区， 从而使华北地台缺失晚奥陶世、志留纪、泥盆纪、早石炭世的沉积。中石炭世，鄂尔多斯地
区经过长期剥蚀后，又有海水侵入，形成中石炭统本溪组浅海相碎屑岩 ——碳酸盐建造，本溪组底部往往有山西式铁矿和高铝粘土。晚石炭世，区内海水时侵时退，形成了上石炭统海陆交互相的沉积建造。早二叠世，鄂尔多斯陆块为近海平原的沉积环境，发育有平原上的河流、湖泊和沼泽相的含煤沉积建造。
五、中——新生代发展阶段——坳陷盆地
1、中生代早期——鄂尔多斯盆地开始发育
鄂尔多斯地区的早三叠世为气候干燥、炎热，植被不发育的沉积环境，主要为河湖相的红色细碎屑岩建造，沉积物主要为砂岩、泥岩，此间爬行动物繁盛，主要为前棱蜥类、鄂尔多斯兽、哈镇兽等四足行走的爬行类。中三叠世，盆地东缘沉积了红色砾岩、泥岩；中部沉积了灰绿色泥岩，局部夹煤层，植物日渐繁茂，主要为肋木、优脂杉等。爬行动物以中国肯氏兽为代表。中三叠世末发生了印支运动第II 幕，造成中晚三叠世地层间断。盆地北部抬升，晚三叠世地层缺失，而西缘坳陷继续下陷，盆地中心也开始下陷，鄂尔多斯地区开始全面地迚入了典型的内陆盆地发展期。晚三叠世，除北部外，其它地区沉积了灰绿色泥岩，局部夹煤层，盆地边缘区沉积厚度不过百米，盆地中部最大沉积厚度可达300米，而西部桌子山地区沉积厚度最大可达1800米，可见盆
地坳陷中心在西部区。晚三叠世区内植物发育，形成了以延长植物群为代表的区域性植物群落。晚三叠世末发生了印支运动第III 幕，盆地一度抬升，造成上三叠统部分地层被剥蚀。
2、中生代晚期——鄂尔多斯盆地鼎盛时期恐龙由繁盛到灭绝
早、中侏罗世，鄂尔多斯盆地为一套陆相沉积物。早侏罗世中晚期，仅在准格尔旗南部沉积了一套百余米厚的陆相碎屑沉积——富县组。中侏罗世，盆地处于温暖潮湿的亚热带气候环境，植被发育，沉积了一套从西向东逐渐变薄的含煤层砂质沉积物。早、中侏罗世植被繁茂，早侏罗世为网格蕨——格子蕨植物群，中侏罗世为锥叶蕨——拟刺蕨植物群，此外还有银杏类、松柏类和苏铁类植物。动物界可见有鱼类、瓣腮类和叶肢介等生活在河湖之中。中侏罗世末期发生了燕山运动的第II 幕，使中下侏罗世发生了强烈的褶皱和断裂，幵使鄂尔多斯台坳上升成为剥蚀区。白垩纪初，鄂尔多斯盆地下降，全区大部分地区接受了早白垩世沉积，形成了早白垩统沉积地层志丹群（现称伊釐霍洛组），早期沉积物为河湖相红色碎屑，晚期为湖泊相砂泥质，总厚度可达千余米，沉积中心在盆地北部临河一线，为南北向延伸的箕状盆地，盆地东部已退缩到东胜一带。早白垩世中期盆地开始萎缩，
沉积的东胜组为红色碎屑沉积建造。早白垩世晚期，鄂尔多斯盆地整体抬升，湖水退出，湖地干涸。晚白垩世，盆地成为剥蚀区。早白垩世，鄂尔多斯盆地以湖、河环境为主，植物繁茂，动物界生物种群多样，爬行动物以恐龙及龟鳖类为主，鱼类、水生软体动物、叶肢介、介形类等也十分繁盛。
六、新生代——现代地貌形成
古近纪本区主要为河、湖相含石膏红色砂泥质碎屑建造。鄂尔多斯盆地是始新世初开始下降，渐新世盆地西部沉积物分布广泛，主要为一套红色含石膏的沉积建造，新迚世不甚发育。渐新统动物群丰富，主要为种类繁多的哺乳动物——大角雷兽、巨犀、两栖犀等。盆地东部缺失古近世，仅见有上新统的沉积地层，其岩性为红色泥岩、砂质泥岩夹泥灰岩及灰质结核，底部为厚度不大的底砾岩，厚50-100米，为湖泊相和河流相沉积物，哺乳动物主要为大唇犀、独角犀、叉角鹿和三趾马。古近纪和新近纪也是被子植物繁茂时期，以杨、柳、榆、木兰、胡桃等为代表。
第四纪主要是人类的出现幵有多期冰期。鄂尔多斯南端的萨拉乌苏地区，晚更新世为河湖相的粉砂、粘土沉积，其中可见人类化石、旧石器与大量相伴生的哺乳动物化石和鸟类化石。人类化石命名为“河套人”，哺乳动物群命名为“萨
拉乌苏动物群”，主要有纳玛象、斑鬃狗、狼、鹿、披毛犀、野马、野驴、河套大角鹿等。
综上所述，鄂尔多斯陆块的地质发展史经历了几个主要时期，自太古代以来的各期构造活动对陆块的发生和发展都产生了不同程度的影响。从该陆块的发生、发展的整个历史过程来看，鄂尔多斯陆块经历古老结晶基底岩世发育和古生代盖层沉积阶段，到中新生代坳陷盆地阶段，最终由于喜马拉雅运动的影响，陆块整体抬升，铸就了目前的高原地貌形态。
鄂尔多斯陆块，现代地貌上的表现为高原，它的发展历史，依然可以追朔到早在35亿年的地质历史时期，它和地球上所有大陆一样，都经历了复杂的沧海桑田的发展历史，以下简述之。
一、早太古代（35亿年）至晚太古代（25亿年）——地台基底雏形阶段
这是华北地台基底发育时期，35亿年，整个华北地区尚处在较深的海洋环境，早太古代，因当时地壳较薄和地幔物质上涌，火山活动十分频繁活跃。造成大量拉斑玄武岩、钙碱质火山岩、火山碎屑岩等中基性——中酸性火山岩建造。
在强烈的造山运动影响下，这些沉积物不断地一次又一次的褶皱隆起增厚，在高热流的作用下发生了高温变质。多期变质和变形作用的叠加，使这些古老的岩石以花岗——片麻岩穹隆构造形式出现，幵和深成混合花岗岩相伴，晚太古代则是一套绿岩建造，幵有科马提岩。
经过早太古代集宁旋回的火山——沉积作用，变质作用和晚太古代乌拉山旋回的火山——沉积作用、变质作用，终于使几个互不相连的初始陆核——岛链状硅镁质、硅铝质陆块增生、扩大幵焊接成一个整体，奠定了华北地台基底的雏形。
二、早元古代——华北地台形成
这一时期的火山——沉积作用发生在鄂尔多斯高原以北的现今的乌拉山，大青山和色尔腾山一带，主要是一套海相的镁铁质拉斑玄武岩系列，钙碱性的火山熔岩和正常碎屑岩及碳酸盐岩，具典型的绿岩建造。同一时代沉积作用还发生在太古代古陆边缘区，为一套海相火山岩、碎屑岩和碳酸盐岩建造。
早元古代末期的色尔腾山运动，导致地壳增厚、固结、克拉通化，构造运动伴随的岩浆活动，使华北地台基本固结和稳定，华北地台形成，地台范围向西包括阿拉善台隆，向东包括山西台隆，向北达白云鄂博一带，甚至更进。
三、中、晚元古代——盖层发展阶段
盖层沉积是指地台的古老结晶基底形成以后，其上沉积了一套比较稳定的正常陆源碎屑建造，火山活动不发育。到目前为止，鄂尔多斯陆块，由于古生代地层和巨厚的中、新生代地层的覆盖，其深部有无中、晚元古代的盖层沉积，尚不得而知。但从贺兰山地区的中晚元古代黄旗口群和王全口群、渣尔泰山地区的渣尔泰山群、白云鄂博地区的白云鄂博群的展布特点分析，这一时期的盖层沉积只限于这些地区，故推测鄂尔多斯陆块之下，可能不存在中、晚元古代的沉积。
四、古生代——陆表海沉积
本期鄂尔多斯陆块为陆表海沉积环境，海水来自华北海和祁连海。本区自早元古代末形成古陆后，经长期剥蚀，地貌已准平原化，陆壳稳定。古生代初期，本区下降成为浅海盆地幵接受沉积。早寒武世，相当于华北馒头期的龙王庙期沉积了碎屑岩建造，在东胜一带有东胜隆起（即乌兰格尔隆起）。当时气候干燥、炎热，海水较浅，盐度较高，沉积物形成了紫色砂岩、页岩，白云岩中常含有石膏和石盐结晶。中寒武世，海侵扩大，形成了碳酸盐建造。晚寒武世海退，形成了潮坪相碳酸盐建造。本区陆表海的沉积岩相，构成了一套完整的海迚——海退沉积旋回，是典型的地台盖层沉积。中——晚寒武世良好的生态环境，使大量的三叶虫和腕足动物繁衍生殖。在晚寒武世发生了短暂的海退之后，早奥陶世全区又发生大面积的海侵。初期海水较浅，气候炎热，形成蒸发环境；晚期海水较深，生物开始繁盛，主要有头足类、腹足类和腕足类等华北型海相生物。早奥陶世晚期，华北海和祁连海在本区沟通。早奥陶世马家沟末期发生了中加里东运动第I 幕（早期），使鄂尔多斯陆块抬升，形成海退，造成本区中奥陶统的缺失。中奥陶世末期，区内发生了中加里东运动第II 幕（晚期），华北地台大面积抬升，造成大面积海退，全区成为剥蚀区， 从而使华北地台缺失晚奥陶世、志留纪、泥盆纪、早石炭世的沉积。中石炭世，鄂尔多斯地
区经过长期剥蚀后，又有海水侵入，形成中石炭统本溪组浅海相碎屑岩 ——碳酸盐建造，本溪组底部往往有山西式铁矿和高铝粘土。晚石炭世，区内海水时侵时退，形成了上石炭统海陆交互相的沉积建造。早二叠世，鄂尔多斯陆块为近海平原的沉积环境，发育有平原上的河流、湖泊和沼泽相的含煤沉积建造。
五、中——新生代发展阶段——坳陷盆地
1、中生代早期——鄂尔多斯盆地开始发育
鄂尔多斯地区的早三叠世为气候干燥、炎热，植被不发育的沉积环境，主要为河湖相的红色细碎屑岩建造，沉积物主要为砂岩、泥岩，此间爬行动物繁盛，主要为前棱蜥类、鄂尔多斯兽、哈镇兽等四足行走的爬行类。中三叠世，盆地东缘沉积了红色砾岩、泥岩；中部沉积了灰绿色泥岩，局部夹煤层，植物日渐繁茂，主要为肋木、优脂杉等。爬行动物以中国肯氏兽为代表。中三叠世末发生了印支运动第II 幕，造成中晚三叠世地层间断。盆地北部抬升，晚三叠世地层缺失，而西缘坳陷继续下陷，盆地中心也开始下陷，鄂尔多斯地区开始全面地迚入了典型的内陆盆地发展期。晚三叠世，除北部外，其它地区沉积了灰绿色泥岩，局部夹煤层，盆地边缘区沉积厚度不过百米，盆地中部最大沉积厚度可达300米，而西部桌子山地区沉积厚度最大可达1800米，可见盆
地坳陷中心在西部区。晚三叠世区内植物发育，形成了以延长植物群为代表的区域性植物群落。晚三叠世末发生了印支运动第III 幕，盆地一度抬升，造成上三叠统部分地层被剥蚀。
2、中生代晚期——鄂尔多斯盆地鼎盛时期恐龙由繁盛到灭绝
早、中侏罗世，鄂尔多斯盆地为一套陆相沉积物。早侏罗世中晚期，仅在准格尔旗南部沉积了一套百余米厚的陆相碎屑沉积——富县组。中侏罗世，盆地处于温暖潮湿的亚热带气候环境，植被发育，沉积了一套从西向东逐渐变薄的含煤层砂质沉积物。早、中侏罗世植被繁茂，早侏罗世为网格蕨——格子蕨植物群，中侏罗世为锥叶蕨——拟刺蕨植物群，此外还有银杏类、松柏类和苏铁类植物。动物界可见有鱼类、瓣腮类和叶肢介等生活在河湖之中。中侏罗世末期发生了燕山运动的第II 幕，使中下侏罗世发生了强烈的褶皱和断裂，幵使鄂尔多斯台坳上升成为剥蚀区。白垩纪初，鄂尔多斯盆地下降，全区大部分地区接受了早白垩世沉积，形成了早白垩统沉积地层志丹群（现称伊釐霍洛组），早期沉积物为河湖相红色碎屑，晚期为湖泊相砂泥质，总厚度可达千余米，沉积中心在盆地北部临河一线，为南北向延伸的箕状盆地，盆地东部已退缩到东胜一带。早白垩世中期盆地开始萎缩，
沉积的东胜组为红色碎屑沉积建造。早白垩世晚期，鄂尔多斯盆地整体抬升，湖水退出，湖地干涸。晚白垩世，盆地成为剥蚀区。早白垩世，鄂尔多斯盆地以湖、河环境为主，植物繁茂，动物界生物种群多样，爬行动物以恐龙及龟鳖类为主，鱼类、水生软体动物、叶肢介、介形类等也十分繁盛。
六、新生代——现代地貌形成
古近纪本区主要为河、湖相含石膏红色砂泥质碎屑建造。鄂尔多斯盆地是始新世初开始下降，渐新世盆地西部沉积物分布广泛，主要为一套红色含石膏的沉积建造，新迚世不甚发育。渐新统动物群丰富，主要为种类繁多的哺乳动物——大角雷兽、巨犀、两栖犀等。盆地东部缺失古近世，仅见有上新统的沉积地层，其岩性为红色泥岩、砂质泥岩夹泥灰岩及灰质结核，底部为厚度不大的底砾岩，厚50-100米，为湖泊相和河流相沉积物，哺乳动物主要为大唇犀、独角犀、叉角鹿和三趾马。古近纪和新近纪也是被子植物繁茂时期，以杨、柳、榆、木兰、胡桃等为代表。
第四纪主要是人类的出现幵有多期冰期。鄂尔多斯南端的萨拉乌苏地区，晚更新世为河湖相的粉砂、粘土沉积，其中可见人类化石、旧石器与大量相伴生的哺乳动物化石和鸟类化石。人类化石命名为“河套人”，哺乳动物群命名为“萨
拉乌苏动物群”，主要有纳玛象、斑鬃狗、狼、鹿、披毛犀、野马、野驴、河套大角鹿等。
综上所述，鄂尔多斯陆块的地质发展史经历了几个主要时期，自太古代以来的各期构造活动对陆块的发生和发展都产生了不同程度的影响。从该陆块的发生、发展的整个历史过程来看，鄂尔多斯陆块经历古老结晶基底岩世发育和古生代盖层沉积阶段，到中新生代坳陷盆地阶段，最终由于喜马拉雅运动的影响，陆块整体抬升，铸就了目前的高原地貌形态。