La majeure partie de l’écozone de la Cordillère de la Toundra est caractérisée par un terrain escarpé et montagneux, consistant en une série de crêtes érodées et d’étroites vallées. On trouve aussi les avant-monts vallonnés, les plateaux des hautes-terres et les bassins des terres basses.

L’histoire géologique de cette région a commencé il y a environ un demi-milliard d’années. À l’époque, la majeure partie de la région consistait en une mince plate-forme marine au large de la côte ouest de l’ancien protocontinent qui a donné plus tard naissance à l’Amérique du Nord. Les rivières coulant du protocontinent ont déposé du sable, de la boue et du gravier sur cette plate-forme, créant les grès, les mudstones et les schistes argileux qui constituent aujourd’hui la majeure partie des abondantes roches sédimentaires de la région. La dolomite et le calcaire formés des débris squelettiques des organismes marins sont aussi abondants.

Ces roches sédimentaires originales ont commencé à subir des plissements et des soulèvements il y a quelque 200 millions d’années, alors que la plate-forme sur laquelle elles s’étaient déposées a lentement dérivé vers l’ouest, heurtant et déplaçant les autres plaques lithosphériques entravant son avance. Ces collisions ont provoqué la formation de nouvelles chaînes montagneuses. En ce qui concerne la formation de montagnes, la période la plus active a eu lieu il y a près de 100 millions d’années, lorsque les stress locaux se produisant sous l’écorce terrestre ont forcé la roche fondue, chauffée au rouge, à monter vers la surface, produisant les roches magmatiques visibles aujourd’hui.

Depuis, ces roches ont subi une destruction lente mais certaine, exercée par une diversité de forces érosives : les nappes de glace glaciaires qui ont envahi plusieurs fois la majeure partie de la région pendant les quelques derniers millions d’années; les cours d’eau et les rivières qui se sont frayés un passage à travers les hauts plateaux et les montagnes; et la simple action de la gravité, qui provoque l’affaissement progressif des montagnes. Certains des reliefs les plus inhabituels se trouvent maintenant près de la mer de Beaufort. Ces régions ont échappé à l’affouillement glaciaire.

L’action du cycle gel-dégel dans les sols riches en pergélisol stimule ces processus de désintégration. Les structures en polygones et en bandes souvent observées dans les régions alpines témoignent de l’état dynamique de cet écosystème.

Le climat est extrêmement froid et humide, avec des hivers longs et obscurs, et des étés courts et frais. Les précipitations sont faibles à modérées, atteignant une moyenne de 250 à 300 mm par an dans la majeure partie de l’écozone. La neige et la nappe de glace d’eau douce persistent de six à huit mois par an.