张家界地区出露的最老地层是元古宇板溪群，震旦纪—中生代地层发育齐全，新生代仅沿河谷发育零星第四纪沉积。区内共发育两期区域性角度不整合界面，一期为震旦系与板溪群之间的角度不整合界面，另一期为白垩系与侏罗系之间的角度不整合界面。两期不整合界面将该区分为前震旦系、震旦系-侏罗系、白垩系3个构造层。
一、张家界地区构造运动
张家界地区构造形迹显示的构造运动主要有两期，一期为雪峰运动，另一期为燕山运动。
1.雪峰运动
雪峰运动在研究区表现为元古宇板溪群与震旦系之间的角度不整合界面，是在新元古代早期青白口纪与新元古代中期南华纪之间的一次构造变形，发生于距今8亿年左右，与晋宁运动相当。雪峰运动使元古宇板溪群褶皱变形，同时发生绿片岩相的区域变质作用。
2.燕山运动
燕山运动在研究区表现为侏罗系与白垩系之间的角度不整合界面，是形成区内主要构造形迹的一次构造变形，形成一系列北东向背斜、向斜和断裂。控制张家界地质公园的木耳山-向家溪背斜就是燕山期构造变形的产物。
二、张家界及邻区构造演化
张家界及邻区的地质历史可以追溯到新元古代早期，当时该区处于洞庭古陆南侧，为河流-滨岸环境，沉积了板溪群一套稳定性复陆屑紫红色碎屑和粘土建造。新元古代中期末，雪峰运动结束了板溪群沉积，使研究区上升成陆，使板溪群变形、变质，遭受剥蚀夷平，造成板溪群与震旦系之间的角度不整合接触。震旦纪早期(现今称为南华纪)，研究区受冰期严寒气候影响，发育冰川活动，形成南沱冰碛砾岩。随后研究区再次海侵，沉积了震旦纪—侏罗纪地层。期间除几次抬升为陆，缺失晚志留世—早泥盆世、石炭纪、早侏罗世等阶段沉积以外，未发生构造变形作用。
侏罗纪末，燕山运动结束了该区的沉积历史，使得震旦系-侏罗系发生褶皱、断裂，奠定了本区的基本构造格架。研究区由海侵沉积为主转变为剥蚀、夷平为主。白垩纪，研究区发育几个山间湖盆，形成一些河湖相沉积，不整合在早期不同时代地层之上。新生代，研究区基本上以隆升剥蚀为主，发育一期夷平面和三级河流阶地。