Kavkaz je součástí alpidského pásu pohoří, sahajícího od severozápadní Afriky (Atlas) až po jihovýchodní Asii. Samotné pásmo Velkého Kavkazu vzniklo před zhruba 25 miliony let vzájemným tlakem eurasijské a arabské tektonické desky v průběho Alpínského vrásnění. Jeho jádro je tvořeno starými krystalickými a metamorfovanými horninami (žuly, ruly), na ně pak nasedají mladší usazené horniny, například druhohorní vápence, vyzvednuté ze dna někdejšího oceánu Tethys. Svůj vliv zde měla též vulkanická činnost; i samotný Elbrus je vyhaslou sopkou. Malý Kavkaz je původu převážně vulkanického. Celou oblast dodnes sužují častá zemětřesení; nejničivější z těch nedávných v roce 1988 zcela zničilo arménské město Spitak a zahynulo při něm na 25 000 lidí.