内蒙古科尔沁国家级自然保护区在地质构造上属于松辽断陷盆地的边缘区域。松辽盆地作为华北褶皱带中具独立性的中间硬块，受印支运动影响，沿大兴安岭东麓深段裂持续下降，并逐渐扩大，形成中、新生带陆相沉积盆地。为第四系冲积、风积及湖相沉积物所覆盖，整个地貌呈现西北高而东南低的势态。地貌形态由波状丘陵、沙丘，以及丘间分布的河漫滩、阶地、低洼盆地冲积平原组成。丘陵多为波状且顶部平坦，主要分布在保护区的西北部，海拔最高261米，保护区内除波状丘陵地和无尾河湿地以外的地域均为沙地，是自然环境演变的结果。在嫩江中游干、支流沿岸的冲积平原上，历史时期经历了巨大的风力吹蚀搬运，形成了大面积的科尔沁沙地。保护区的沙地为科尔沁沙地的一部分。丘陵多为椭圆型，其上发育着大果榆疏林和西伯利亚杏灌丛以及沙蒿等植物，个别地区分布有半固定和流动沙丘。
