Cette écozone contient l’une des deux principales chaînes montagneuses du Canada. Les montagnes de la Cordillère arctique enjambent deux «provinces» géologiques, chacune ayant son propre type de roche distincte. L’âge des montagnes de roche volcanique va de 1,2 milliard à 65 millions d’années. Au sud-est, les montagnes des îles Ellesmere et Baffin font partie de la province de Churchill, plus vieille, qui est caractérisée par la roche du Bouclier canadien, un mélange de granite, de gneiss métamorphique et d’anciens sédiments.

La glace glaciaire recouvre le nord du Canada depuis le début de l’époque pléistocène il y a deux millions d’années. Depuis, d’énormes glaciers, qui dépassent de loin la profondeur et l’étendue des glaciers actuels, ont balayé ces contrées au moins quatre fois.

Les principales trajectoires de ces glaciers pléistocènes sont marquées par les profondes vallées en auge qui, dans les régions côtières, fusionnent avec les fjords escarpés pouvant s’élever jusqu’à plus de 1 000 m au-dessus de la mer. Les glaciers passés et présents ont créé des bassins de cirque sous forme de cuvettes, des pics pyramidaux appelés aiguilles glaciaires, des crêtes dissymétriques ou des arêtes dentelées, ainsi que d’autres reliefs.

Après avoir été abaissé dans l’écorce terrestre par l’énorme poids de la glace pléistocène, le relief enregistre actuellement, à certains endroits, un soulèvement maximal de 30 cm par siècle. Loin des côtes actuelles, les plages soulevées témoignent de ce soulèvement permanent.

Le climat est typiquement rigoureux, les hivers étant longs et extrêmement froids, et les étés courts et frais, bien que la brève saison de végétation de l’été soit stimulée par de longues périodes de lumière diurne. Seuls les mois de juillet et d’août enregistrent des températures diurnes moyennes au-dessus du point de congélation. Eureka, la station météorologique située la plus au nord, dans la région la plus froide au Canada, enregistre une température annuelle moyenne de -19.7ºC et une température mensuelle moyenne de -38ºC en février. Au cours d’une année typique, on enregistre seulement des précipations de 250 mm, mais celles-ci sont de loin supérieures au Labrador.