尾瀬は数百万年前までは、檜枝岐層群（ひのえまたそうぐん）と呼ばれる古生代の地層や花崗岩などが基盤となった平坦な高原上の地域でした。 浅い谷が北東に向かって流れ、西のはずれには蛇紋岩（じゃもんがん）の山体が隆起していて、これがやがて至仏山になります。

　鮮新世（せんしんせい、510万年～170万年前）になると火山活動が始まりました。 最初に噴火したのは景鶴山（けいづるさん）です。景鶴山の山頂部は岩峰になっていて、熔岩が突き出したもののように見えますが、実はまわりの熔岩がほとんど侵蝕されて堅い部分だけが残ったものです。 現在、景鶴山熔岩は景鶴山の南東部の山麓に残っているほかは尾瀬ヶ原の南側にあたるアヤメ平の山腹の半分位を覆っています。 つまり景鶴山熔岩はこの付近まで流出してきていたのですが、ほとんどが侵蝕され流れ出てしまったのです。龍宮小屋の側にある大きな岩（皮籠岩（かわごいわ））もこの熔岩であることが確かめられています。

　更新世（こうしんせい、170万年～1万年前）になると、火山活動はますます活発になります。 尾瀬沼の北側や東側（檜高山（ひのきたかやま））、アヤメ平、ススヶ峰、皿伏山（さらぶせやま）などが次々に噴火したと思われます。 この時期に活動した火山から流れ出した熔岩は、いずれも粘り気の低いもので、山容のなだらかな盾状火山（たてじょうかざん）を形成しました。 尾瀬沼から眺める皿伏山は、それの典型的な姿です。

　こうして尾瀬の地形は除々に出来上がってきたのですが、最後に噴出した燧ヶ岳の活動によって、ほぼ現在の姿となりました。 燧ヶ岳がいつごろから噴火を始めたのかははっきりしていませんが、更新世の後期、30数万年前ぐらいと思われています。 幾度かの噴火や熔岩の流出を繰り返して現在の姿になったのですが、山体はあまり開析されていないことから考えても、新しい火山であることがわかります。

　現在の尾瀬ヶ原にあたる地域は、この頃までには只見川（ただみがわ）の源流となる沼尻川（ぬしりがわ）や猫又川（ねこまたがわ）などによって景鶴山熔岩は流し去られ、やや平坦な半盆地状の土地になっていたと思われます。 燧ヶ岳から西に流れ出した熔岩は、温泉小屋付近や三条ノ滝（さんじょうのたき）付近で只見川を堰き止めます。 以前には、現在の尾瀬ヶ原をすっぽりと埋めるような「古尾瀬ヶ原湖」という水深200メートル以上もある巨大な湖が形成されたと考えられていましたが、その後の調査からは直接そのような証拠は発見されておりません。 今のところはっきりしていることは、尾瀬ヶ原の東半分程度が水没する浅い湖が16,000年前頃まであったということだけです。

　現在の尾瀬ヶ原に当たる部分には、燧ヶ岳や周辺の山々から泥流が押し出して、ゆるい扇状地地形をつくったり、川が曲がりくねって流れ、氾濫を繰り返したりしていました。浅い湖はこの時に埋め立てられてしまいました。 この様な川の三日月湖（蛇行する川の一部が切り離されて湖となったもの）や後背湿地（こうはいしっち（氾濫した河水がもとの川に戻らず湿地状になったもの））などから、泥炭の形成が始まりました。およそ8,000年前頃と思われています。