科迪勒拉山系的形成是由大洋板塊和大陸板塊之間的相互作用導致的，具體來說，是太平洋板塊、南極洲板塊和美洲板塊相互碰撞擠壓而形成的。
這種板塊間的相互作用，特別是在中生代下半期和第三紀時期，導致了頻繁的造山運動、岩漿侵入、以及強烈的火山地震活動，科迪勒拉山系的形成過程還與大西洋的張開和南部岡瓦納大陸的分離有關，尤其是南美與非洲的分開。在地質歷史上，科迪勒拉地槽在中生代前半期處於沉降和堆積階段，侏羅紀末後，地槽區域發生了多次造山運動，伴隨著廣泛的岩漿侵入。到了白堊紀末，拉拉米運動引發了一次大規模的造山運動，這次造山運動的影響範圍從阿拉斯加向南延伸至大小安的列斯群島，在南美洲尤為顯著地影響了安第斯地槽，形成了巨大的褶皺構造。
新生代以來，科迪勒拉山系進入了一個以侵蝕為主的階段，期間山間盆地、山前拗陷和低地處出現了大量的陸相沉積。到了上新世，該地區再次經歷了一次巨大的上升運動，這一過程一直持續到第四紀及以後。這次運動導致了科迪勒拉山系的重新抬升、褶皺、斷裂，並伴有岩漿侵入和熔岩噴發。冰河作用也對科迪勒拉山系的地貌產生了重要影響，進一步雕刻了其現有的形態。