马山国家级自然保护区的地质地貌经历了漫长的历史变迁，其根基可追溯到燕山运动晚期的火山活动。一系列造山运动塑造了保护区的复杂地形和独特地质构造，特别是其丰富的地质遗迹，为揭示胶东半岛及山东白垩纪古地理的原貌和演化提供了重要线索。
保护区地貌主要由主峰马山（233.1米）、西峰大山（211.1米）、宝安山（145米）、团山（126米）和长岭组成，形似马鞍。地貌类型为剥蚀准平原上的残丘地貌，山体圆润，坡度适中。其中，南、北两侧的山丘相对高度可达200米，而低洼平原和低丘地带则延伸至保护区周边。
马山独特的地质结构源于其潜藏的粗面火山岩，赋予其强大的抗风化能力。在周围沉积岩层的侵蚀中，马山孤立地屹立，形成孤立残丘地貌。地质专家将其称为综合性的“地质宝库”，其中包含沉积岩、火山岩、接触变质岩以及动植物化石等多种地质现象。
保护区的地层形成于早白垩纪早期，主要由莱阳群曲格庄组构成，包含丰富的硅化木和独特的安山岩柱状节理。绿色安山玢岩是一次火山岩相的中性侵入体，其生成与大规模的白垩世火山活动同步，岩石特征鲜明，富含板条状斜长石、钾长石和石英，形成美丽的绿色。这种岩石因其质地优良，被称为“马山翠玉”，在雕刻艺术中有广泛应用。
马山的硅化木群落是保护区的珍贵自然遗产，26处完整保存的硅化木显示出1.3亿年的历史，其中最大的树干达13米，直径0.8米，其完整性令人惊叹。这些地质和自然遗产的保护，对研究地球历史和地质变迁具有重要意义。
即墨马山国家级自然保护区位于山东省即墨市区以西4公里处，由5个山丘组成，经长期风化剥蚀，形成了中部高，四周低，呈一凸起山顶浑圆的丘陵地带，面积约800公顷，1993年11月正式通过专家评审，1994年4月国务院正式批准即墨市马山保护区为国家级自然保护区，主要保护对象是浅剖面火山岩柱状节理石柱群、硅化木及古生物化石等地质自然遗迹。