בתוך גבולות הפארק נמצאת אחת ממערכות הקרחונים הגדולות ביותר בארצות הברית. הקרחונים משתרעים על פני 25% בקירוב משטח הפארק. בקיץ הם מהווים מקור משמעותי לזרימת המים החזקה בנהרות ולהעברת משקעים. במהלך החורף נפסקת ההתמוססות שלהם, וברוב הנהרות זורמים מים נקיים.
גושי אוויר בעלי אחוזי לחות גבוהים נעים מהאוקיינוס, ונאלצים "להתרומם" כאשר הם מתנגשים עם החלקים העליונים של רכסי ראנגל וסנט אליאס. עליית האוויר גורמת להתקררותו, ולשחרור הלחות בצורה של שלג. שכבות השלג החדשות גורמות להפעלת לחץ על שכבות השלג והקרח הקיימות. הצטברות השלג במשך השנים היא אחת הסיבות להיווצרותם של שדות הקרח. שדה הקרח בייגלי, המשתרע לאורך רכס צ'וגאץ', הוא שדה הקרח הגדול ביותר באמריקה הצפונית שאינו בקוטב הצפוני. שדה באגלי משתרע על פני החלק העיקרי של הרי צ'וגאץ', וממנו "ניזונים" רוב העמקים הקרחוניים המנקזים את שני צידי הרכס.
רכסי ההרים של ראנגל-סנט אליאס מהווים 60% מהקרח ממקור קרחוני באלסקה, כשהם מכסים יותר מ-4,400 קילומטרים רבועים. במהלך השנים הקרחונים התקדמו ונסוגו שוב ושוב, כשהם מגיעים עד הים וממלאים את העמק של נחל קופר. קרחונים שסכרו את העמק יצרו את אגם אטנה (Lake Atna) במהלך התקרחנות ויסקונסין (Wisconsin glaciation). הניקוז של האגם שחק את קרקעית נחל ברמנר (Bremner River) עד סלע האם. כמה קרחונים באזור מחזיקים בשיאים. קרחון מלספינה הוא קרחון ההדום הגדול ביותר באמריקה הצפונית, באורך 121 קילומטרים קרחון האברד הוא הקרחון הנשפך לים (tidewater glacier) הארוך ביותר באלסקה, ובאורך 85 קילומטרים קרחון נבסנה הוא קרחון העמקים (קרחון המצטבר בעמק קרחוני) הארוך בעולם.
מרבית הקרחונים בראנגל-סנט אליאס נמצאים בנסיגה. שדה הקרח בייגלי הולך ונעשה דק והקרחונים שלו נסוגו, כולל החלקים שהזינו את קרחון מלספינה, קרחון שהוא קפוא או נסוג. האונות המערבית והמזרחיות של מלספינה מילאו את מפרץ אייסי (Icy Bay) ואת מפרץ יקוטאט (Yakutat Bay) בהתאמה, לפני כאלף שנים, וכל אחד מהקרחונים גויו (Guyot), טינדול (Tyndall) ויאהצה (Yahtse) נסוגו לתחילת מפרץ אייסי. לעומת זאת, קרחון האברד התקדם מאז 1894, וסכר את פיורד ראסל (Russell Fjord).
אקלים.
אף על פי שהפארק שוכן בקרבת החוף של אלסקה, ההרים הגבוהים ושדות הקרח יוצרים "מחסום" בפני ההשפעות האקלימיות של האוקיינוס. התוצאה היא שלמעט אזור החוף מפרץ יקוטאט האקלים בפארק הוא אקלים תת-ארקטי המאופיין על ידי עונת חורף ארוכה וקרה מאוד, ומנגד בעונת קיץ יבשה מאוד. מזג האוויר עשוי להשתנות במהירות בכל אחת מעונות השנה.
לפי מערכת סיווג האקלים על פי שיטת קפן יש בפארק ובשמורה הלאומיים שלושה סוגי אקלים של אקלים תת-ארקטי:
עונת החורף היא ארוכה ומעוטת שעות אור לאורך היממה. הטמפרטורה הממוצעת היא בין 13°C- ל-14°C- בשיא, ובלילות היא עשויה לרדת עד ל-45°C-. הטמפרטורות הללו שוררות לעיתים במשך יותר מחמישה חודשים. בשעות היום השמים בהירים בדרך, ובלילה ניתן לצפות לעיתים בזוהר הקוטב. במקומות שבהם מצטברת שכבת שלג היא עשויה להגיע לעובי של שלושה מטרים. באביב הימים הולכים ומתארכים, והטמפרטורה עשויה להגיע עד ל-10°C, אך מנגד לרדת עד ל-18°C-. יוני ויולי הם החודשים החמים ביותר, ולעיתים הטמפרטורה מגיעה עד ל-27°C. אולם, למרות זאת באזורים הגבוהים עשוי לרדת שלג בכל ימות השנה. סופות גשמים מתרחשות גם בקיץ, וכמות הגשמים הכללית עולה לקראת אוגוסט וספטמבר. הסתיו מתחיל מוקדם יחסית, ומינים אחדים של עצים משנים את צבעם כבר באמצע אוגוסט. השלגים הראשונים מתחילים לרדת בספטמבר.
לדברי מחלקת החקלאות של ארצות הברית אזור העמידות של הצמחים במרכז המבקרים קניקוט (בגובה 605 מטרים) הוא 3a כשהטמפרטורה המינימלית הקיצונית הממוצעת היא 38.8°C-.
גאולוגיה.
החלק הדרומי של אלסקה מורכב מסדרה של פיסות קרום שנדחקו כנגד הגוש היבשתי של אמריקה הצפונית עקב פעולת טקטוניקת הלוחות. הלוח הפסיפי נע לצפון-מערב ביחס ללוח הצפון-אמריקאי בקצב שבין 5 ל-6.5 סנטימטרים בשנה ונפגש עם הגוש היבשתי במפרץ אלסקה. הלוח הפסיפי נוחת תחת אדמת אלסקה, דוחס את הסלעים היבשתיים ויוצר סדרה של רכסי הרים. פיסות קרום או קשתות איים הנישאות על הלוח הפסיפי נדחקות כנגד שטח האדמה של אלסקה, והן עצמן נדחסות ומתקמטות, ובניגוד ללוח הפסיפי הן אינן נוחתות במלואן לתוך פנים כדור הארץ. כתוצאה מכך נדחפה סדרה של פיסות קרום, המכונה "פיסת הקרום המורכבת של ראנגליה" (Wrangellia composite terrane), אל מול החוף הדרומי של אלסקה, ואחריה "פיסת הקרום המורכבת של השוליים הדרומיים" (Southern Margin composite terrane) מדרום למערכת ההעתקים של רכס בורדר (Border Ranges fault system). תוצאת לוואי של תהליך ההפחתה היא היצירה של הרי הגעש במרחק מאזור ההפחתה. בימינו נדחפת "פיסת הקרום יקוטאט" (Yakutat Terrane) מתחת לחומר בעל צפיפות דומה, וכתוצאה מכך מתרחשת התרוממות ושילוב של הצטברות (accretion) והפחתה. כמעט כל אלסקה מורכבת מסדרת פיסות קרום שנדחקו נגד אמריקה הצפונית. אזור החוף פעיל סייסמית ומתרחשות לאורכו רעידות אדמה גדולות תכופות. רעידות אדמה התרחשו בשנת 1899 (ארבע רעידות בעוצמות 7 ו-8 בסולם מגניטודה לפי מומנט) ובשנת 1958 (7.7), ואחריהן ב-1964 רעידת האדמה של יום שישי הטוב (1964) (9.2). רעידת האדמה של סנט אליאס ב-1979 הגיעה לעוצמה של 7.9.
שש פיסות קרום וחגורת סלעי משקע תועדו בפארק הלאומי ראנגל-סנט אליאס. מצפון לדרום, ומהעתיקה לצעירה ביותר הן: פיסת הקרום וינדי (Windy) או יוקון-טנאנה (Yukon-Tanana), מלפני 180 מיליון שנים, חגורת גראווינה-נוצוטין (Gravina-Nutzotin Belt), 120 למ"ש, פיסות הקרום ראנגליה, אלכסנדר וצ'וגאץ' (הפיסות נוצרו במקום שונים ואז הצטברו כפיסת הקרום המורכבת ראנגליה), 110-67 למ"ש, פיסת הקרום פרינס ויליאם (Prince William), 50 למ"ש ופיסת הקרום יקוטאט, החל מלפני 26 מיליון שנים. הסלעים בראנגליה כוללים סלעי משקע עם מאובנים משולבים בסלעים געשיים.
חוף אלסקה הגיע קרוב לתצורתו המודרנית לפני כ-50 מיליון שנים, כאשר הושלמה לחלוטין ההפחתה של לוח קולה (Kula Plate), שאינו קיים יותר, תחת אמריקה הצפונית. ההפחתה הנוכחית של הלוח הפסיפי בדרום אלסקה נמשכת כבר כ-26 מיליון שנים. הרי הגעש העתיקים ביותר בפארק ובשמורה הלאומיים ראנגל-סנט אליאס הם בני 26 מיליון שנים, סמוך לגבול בין אלסקה לטריטוריית יוקון, ברכס סנט אליאס. מאז הפעילות הגעשית נעה צפונה ומערבה מאזור זה.
פעילות געשית.
השדה הגעשי ראנגל, הקרוי על שם הר ראנגל, שהוא חרוט מגן פעיל, משתרע מרכס ראנגל שבמזרח אלסקה ועד רכס הרי סנט אליאס ודרום-מערב טריטוריית יוקון שבקנדה. בשדה זה שוכנים ארבעת הרי הגעש הגבוהים בארצות הברית: הר בונה, הר בלקברן, הר סנפורד והר צ'רצ'יל, שגובהו של כל אחד מהם הוא מעל 4,600 מטרים. השדה נוצר כתוצאה מגעשיות בקצה המזרחי של השקע האלאוטי, אזור הפחתה בו נוחת הלוח הפסיפי אל מתחת ללוח הצפון-אמריקאי.
אורכו של השדה מכיוון מזרח למערב הוא כ-320 קילומטרים, ואילו רוחבו במרכז רכס ראנגל הוא כ-130 קילומטרים. השדה כולל מספר חרוטים געשיים: חרוטי מגן, הרי געש שכבתיים, וחרוטי אפר. בנוסף מצויים בשדה מתחמי קלדרה וכן זרמי לבה שהתפרצה לאורך 26 מיליון השנים האחרונות. הפסגות הגבוהות ביותר הן בנות פחות מ-5 מיליון שנים – תוצאה של קצב בליה גבוה בשל פעילות קרחונים באזור זה הנובעת מכמויות השלג הרבות והטמפרטורה הנמוכה. האזורים שמעל 1,500 מטרים מכוסים בדרך כלל בקרחונים ובשדות קרח, ובעיקר בצד של הרכסים הפונה לכיוון דרום.
מרבית הרי הגעש בשדה הגעשי ראנגל שוכנים בקצה המערבי של הרי ראנגל. ההרים שבמערב רכס ראנגל הם בני פחות מ-5 מיליון שנים, וזרמי הלבה "הצעירים" ביותר הם ככל הנראה בני 50,000 שנים. החלק הקנדי של השדה מאופיין בשרידים מפוזרים של זרמי לבה וסלעים פירוקלסטיים מהשלישון. אולם, שכבות אחדות מאותה תקופה הושפעו על ידי פעילות טקטונית מאוחרת, שבעקבותיה נוצרו בהם מעוותים שהניבו העתקים וקמטים סימטריים. התרוממות משמעותית שהתרחשה בשלבים מאוחרים ולוותה בסחיפה מהירה צמצמה באופן משמעותי את המבנים הגעשיים לשרידים מבודדים. הפאזה הגעשית האחרונה התרחשה לפני כ-2,000 שנה, אם כי לא ידועים מרכזים געשיים צעירים שנוצרו לאחר המיוקן.
רוב הרי הגעש במערב רכס ראנגל שונים מהרי הגעש האחרים שבשולי טבעת האש של האוקיינוס השקט, בכך שנוצרו כחרוטי מגן מזרמי לבה ולא כהרי געש שכבתיים הנוצרים בהתפרצויות מתפוצצות. עם זאת, רק בהר ראנגל הצעיר ניתן להבחין בצורה דמוית החרוט המגן, בעוד צורתם המקורית של הרי הגעש האחרים, שהייתה עדינה ומעוגלת המאפיינת הרי געש צעירים מטיפוס חרוט מגן, טושטשה על ידי תהליכי בליה ושחיקה קרחונית. מרבית הרי הגעש הם מטיפוס חרוט מגן גדול באופן יוצא דופן והם צמחו לגודלם הנוכחי במהירות מזרמים עבים של לבה אנדזיטית שפרצו מלועות רבים. צמיחתם קשורה בהגעה של פיסת הקרום של יקוטאט לאזור, יחד עם פעילות ניכרת עד לפני כ-200,000 שנה, כאשר תנועה לאורך ההעתקים של דנאלי-טוטשונדה ופיירוודר (Denali-Totchunda and Fairweather faults) ספגה חלק מתנועת הלוח הפסיפי. מסיבה זו, זרמים מאגמתיים גדולים מאוד נחשבים כבלתי סבירים בימינו. מרבית הרי הגעש של ראנגל הם חרוטי מגן שהקלדרה הגדולה בפסגותיהם התמוטטה. חרוטי המגן מוקפים על ידי חרוטי אפר שנוצרו לאחר שנוצר הר הגעש הראשי.