Geologia Kaukaz jest fałdowym górotworem alpejskim o skomplikowanej budowie geologicznej, znajduje się na granicy płyty anatolijskiej z płytą eurazjatycką. Procesy tektoniczne ciągle trwają, o czym świadczą liczne trzęsienia ziemi.
Część środkową tworzą krystaliczne skały prekambryjskie i paleozoiczne (głównie osadowe), pozostały obszar zbudowany jest z mezozoicznych łupków, piaskowców, wapieni i skał wulkanicznych. Najwyższe szczyty są stożkami wygasłych wulkanów (Elbrus i Kazbek). Występują tu częste trzęsienia ziemi.
Na Kaukazie wyróżnia się kilka jednostek tektonicznych (kolejność z północy na południe): zapadlisko przedkaukaskie, Wielki Kaukaz, zapadlisko riońsko-kurskie i Mały Kaukaz.
Jednostki geograficzne Kaukaz tworzy zwarty, wysokogórski łańcuch z poprzecznymi grzbietami, pomiędzy którymi leżą liczne doliny i kotliny. Ku północy rozciąga się tzw. Kaukaz Północny, którego zachodnia część to Nizina Kubańska, środkowa część to Wyżyna Stawropolska i Równina Groznieńska, wschodnia część to południowy fragment Niziny Nadkaspijskiej.