Східна Антарктида являє собою давній кратон, породи якого на Землі Ендербі утворилися майже 4 млрд років тому. Вік порід фундаменту, як правило, коливається в межах 2,5—2,8 млрд років. Фундамент утворився під час декількох великих етапів орогенезу, що знайшло відображення у складі і будові складаючих порід. Бл. 1,1 — 1,4 млрд років тому в Східній Антарктиді відбувалося формування гранітів шляхом виверження розплавленої магми. Після того як був сформований фундамент, протягом тривалого часу відбувалося осадконакопичення в морських і континентальних умовах. Головна осадова світа (група Бікон) включає різноманітні породи, що складають живописні вершини і скелясті схили Трансантарктичних гір. Багато з цих гірських порід сформувалися 350— 190 млн років тому і містять викопні залишки рослин і тварин, включаючи динозаврів і земноводних. Це свідчить про те, що природний стан того часу дуже сильно відрізнявся від сучасного, хоч Південний полюс тоді знаходився або на території самої Антарктиди, або поблизу неї. Льодовикове відкладення найбільш характерне для періоду 320—280 млн років назад, коли Антарктида уперше пересунулася у полярний район. Великою геологічною подією, що завершила період формування гірських порід групи Бікон, була інтрузія величезної маси сірої гірської породи долеріту. Подібні гірські породи виявлені також у Тасманії і інших районах, які колись входили до складу давнього суперконтиненту Гондвана. Західна Антарктида загалом більш молода територія зі значними висотами над рівнем моря. Наприклад, хребет Сентінел з його вежоподібними вершинами складається з окремих блоків, деякі з них виникли під час етапу гороутворення, пов'язаного з розпадом Гондвани, а інші — під час занурення плити в південно-східній частині Тихого океану під Антарктичний п-ів. Утворення багатьох гірських порід пов'язане з вулканічною діяльністю, максимальна активність якої припадає на період 180— 110 млн років тому. Роздроблення Гондвани здійснювалося в кілька етапів, які добре вивчені. Африка і Південна Америка почали розділятися одночасно з утворенням Атлантичного океану приблизно 130 млн років тому. Індія виділилася трохи пізніше, приблизно 120 млн років тому. Останніми відділилися Австралія і Нова Зеландія — бл. 86 млн років тому. Розпад Гондвани призвів до ізоляції Антарктиди. Навколо неї сформувалася океанічна циркуляція, клімат материка ставав все холоднішим і відповідно розвивалося покривне зледеніння.
Сучасний льодовиковий покрив Антарктиди сформувався кілька мільйонів років тому. Геологічна історія, що передувала зледенінню, реконструюється за результатами вивчення безлічі невеликих оголень корінних порід і кернів, відібраних при бурінні морського дна. Отримані дані свідчать, що материк, на якому зростала рослинність, яка зараз існує у вологих лісах помірного поясу Південної півкулі (на Тасманії, Новій Зеландії, півдні Південної Африки), перетворився на льодовий континент. Антарктида характеризується мінімальною у порівнянні з іншими материками сейсмічною активністю. Перший землетрус був відмічений тут тільки у 1985 р. Найбільший діючий вулкан — гора Еребус, а інші вогнища вулканізму (на о. Десепшн і гора Мельбурн) знаходяться в стані тимчасового спокою. Ще один діючий вулкан знаходиться під льодовиковим покривом Західної Антарктиди.
