张掖丹霞地貌是典型的湖相沉积地貌（即在湖泊地区出现的沉积相），早在侏罗纪至白垩纪时期，这里曾是巨大的盐水湖，今天看到的地貌，就是湖底的沉积泥岩通过复杂的地质构造运动及自然界的外力作用，而综合形成的彩色丘陵地貌。
丹霞地质公园内的土林，是在构造作用下的流水侵蚀地貌。张掖土林造型多样，以淡黄淡红灰白色为主。
彩色丘陵的色彩用肉眼可以分辨出七八种，但通过土壤检测发现，其色彩元素可达25种以上。讲解员说，不同色彩的呈现主因是二价铁离子和三价铁离子的比值关系不等。当山体中的二价铁离子与三价铁离子比值较低，山体的颜色就呈现出红色，反之则呈现出灰绿色或灰黑色。此外，受光线、湿度等因素影响，在晨昏之间或是空气湿度不同的情况下，山体显现的色彩都不尽相同。
