山地东侧为沂沭断裂带，向东延伸与沂沭断裂带中部之新生代横向隆起的低山带相连接，西界为北西向及北北东向断裂所控制。沂山中山区以太古代混合岩为主的变质岩为基础，主峰区由元古代桃科期似斑状花岗岩构成。虽海拔仅千余米，但山势之峻拔不亚于泰山。山谷下切深度在200米以上。主峰玉皇顶与狮子崮、歪头崮三峰鼎立，顶略平而山脊陡直，状如城堡。玉皇顶东侧之百丈崖瀑布，落差达65米，极为壮观。

沂山为泰鲁沂山地东端主峰，其地貌发育过程与泰山、鲁山一致。因其东与沂沭断裂带毗连，受其牵制，上新世以来隆起量略小。中、新生代鲁西地块差异升隆运动强烈，产生了大规模的构造断裂，使鲁西地块破裂，形成许多断块凸起和断陷盆地。新生代第三纪断裂活动尤为剧烈，形成了泰山、鲁山、沂山等山脉，奠定了鲁西地区的山岳面貌。

太古代泰山期侵入岩。沂山以花岗岩类片麻岩居多，岩石为暗绿色，不等粒鳞片花岗-花岗变晶结构，块状构造，主要由更长石、角闪石、黑云母、石英组成。还有各种脉岩，如伟晶岩脉、细晶岩脉、花岗岩脉、石英脉、煌斑岩脉、角闪岩脉等。

地质构造。沂山断凸，属于鲁西断块隆起，以葛沟断裂与沂沭断裂构造带分界。其基底由泰山群构成，构造复杂，以紧密倒转褶皱为主，构造线方向为北西向。盖层由土门群、古生界、中生界、新生界构成。构造简单，以单斜为主，而断裂构造极为发育，发育有东西向、南北向、北西向和北东向4组断裂。这些断裂控制了一系列中、新生代断陷盆地，形成该区断凸和断陷相间分布的构造格局。

沂山，位于鲁山中低山区的东侧，由上五井断裂、韩旺断裂、昌邑-大店断裂分别构成西、南、东三面边界，北面则以昌乐玄武岩丘陵山麓带与泰鲁沂山北平原区相邻。沂山中山位于区内中南部，由玉皇顶（海拔1031米）、歪头崮（971米）、狮子崮（950米）组成峰顶区。剪刀峡为沂山较大峡谷，为潍河支流汶河的发源地。沂山东西两侧为低山区，西侧以海拔735米的摩天岭为代表；东侧有海拔516米的太平顶，为山东第二玄武岩熔岩方山。

沂山山地土壤为棕壤为主。沂山山地西部，分布有上更新统“马兰黄土”及其他黄土状沉积。产安氏鸵鸟（蛋）、纳玛象、梅氏四不象鹿、野马（未定种）等化石。沂源、新泰一带上更新统洞穴堆积中产哺乳类披毛犀、野猪（未定种）、斑鹿（未定种）及智人化石。全新统。成因类型复杂，有冲积、洪种、残坡积、风积、湖积及海积等。分布较普遍。沂山山地北麓的黄土状沉积中，常见1～2层灰黑色埋藏古土壤层。

丘陵粗骨土、普通褐土，分布于沂山北侧的低山丘陵区，主要为石灰岩组成的丘陵与低山。区内土壤侵蚀严重，年侵蚀模数为1178吨/平方公里，平均侵蚀深度为1.0毫米，广大岭坡分布为钙质粗骨土、石质土。坡麓及洪积扇形地发育有普通褐土，河谷平原有带状分布的石灰性潮土及潮褐土。种植的作物以小麦、玉米、甘薯等为主，烤烟在省内占重要地位，尤以益都、临朐褐土上所产黄烟著称。果树中以核桃、柿、山楂居多，益都山楂颇有盛名。

沂山属鲁中山地丘陵植被小区，山多逾千米以上，自然景观垂直分异明显。千米以下以侧柏、麻栎林为主，麻栎林在600米以下显著增多；千米之上为油松纯林所代替；1400米以上有山地灌丛草甸分布。区内广大山丘岭坡的山地植被，主要有森林与灌丛及灌草丛。在棕壤上生长的针叶林以油松为主，一般植被稀疏，林形不整。阔叶林以麻栎面积最大，其次为栓皮栎与刺槐。泰山普照寺的栓皮栎林、徂徕山的刺槐林都长势良好。石灰岩山区褐土上，针叶林以侧柏疏林为主，落叶阔叶杂木林以榆科居多，如榆、朴、小叶朴、黑榆等。分布面积较大的为森林破坏后次生的灌丛及灌草丛。落叶灌木常见种有山槐、黄檀、黄栌、荆条、酸枣、二色胡枝子、绣线菊属、锦鸡儿等。山地海拔较低处以荆条为主，海拔较高处二色胡枝子占优势，泰山分异尤为明显。草本植物随土壤水分的递增相继可见白羊草、黄背草、橘草、野古草、荻、芒等。中山顶部的山地草甸中多中生喜湿双子叶植物，如长蕊石头花（霞草）、地榆、苔草等。荒草坡多分布着以荆条、酸枣、黄背草、白羊草为主的灌草丛。沟谷内分布有枫杨林、赤杨林等。散生阔叶树种有白腊树、糠、毛白杨、臭椿、榆、槐、旱柳、五角枫、黄连木等，有的地方构成优势种不明显的落叶阔叶杂木林。该植被小区水土流失严重。

沂山地区地形起伏较大。气候特点是：气温低，日照短，降水较多，旱、涝、霜冻、冰雹等灾害多。该区作物生长期干燥度1.0～1.5，属半湿润气候性质。年降水量680～860毫米，年降水日数80～90天，气温≥10℃期间降水量500～650毫米，暴雨1.4～3.4天，一日最大降水可达100～300毫米，局部可达300毫米以上。全区年平均气温12～14℃，≥0℃积温不足4800℃，≥10℃积温4200～4400℃，西部比东部低，山区比平原低，海拔每升高100米，≥0℃积温约减少100～150℃。无霜期190～210天。区内地形复杂，海拔高度成为影响热量分布的决定因素，致使各地热量条件差异明显。

沂山生态条件优越，植物种类繁多，生长良好，为全省罕见，被称为“北方的西双版纳”。据调查，沂山植物有8门、193科、1020种，其中维管束植物137科、480属，915种。这些植物中属国家一级保护植物1种（水杉），国家二级保护植物4种（银杏、胡桃、杜仲、鹅耳枥），国家三级保护植物3种（黄连、野大豆、胡桃楸）。沂山有20多种动物，主要有狼、狐、獾、兔、黄鼬、蛇等。沂山的鸟类资源丰富，有30多种，以猛禽类最著名，属国家保护猛禽类共有28种，其中一级猛禽2种：游隼和白尾海雕，均为偶见留鸟；属国家二级保护猛禽有18种：红隼、鸢、蜂鹰、苍鹰、雀鹰、松雀鹰、大、普通、金雕、燕隼、灰背隼、红脚隼、秃鹫、兀鹫、普。其中除秃鹫和兀鹫为偶见种外，其余均为稀有种，而且除红隼和雕为留鸟外，其余均为冬旅鸟或夏旅鸟。

1987年，山东省人民政府批准建立省级沂山自然保护区（沂山森林生态及金雕等猛禽保护区）。该保护区位于临朐县城南50公里，东西宽约4公里，南北最长7公里，总面积30平方公里。

沂山南侧，分布在王庄、下位、院东头、隶庄、姚店子等沂河以西部分地区盛产烟叶“沂水绺子”。期种植历史悠久。据道光七年（1827年）《沂水县志》载：“西南惟烟，西北惟山榆，西山一带惟药材居多”，论及烟草在当地农民经济中所占的地位时说：“其收入占十分之七”。当地农民有“陈烟如存粮、如存款”的说法。

沂山地区是山东省水量相对丰富的地区，多年平均年降水量一般为700～900毫米。多年平均年径流深一般为100～350毫米。径流深分布趋势，沂山以南较大，大部分地区在300毫米以上。该区径流集中在汛期6～9月份，径流量占全年径流量的84～85%，径流的年际变化相对较小，最大年径流量与最小年径流量的倍比在6～8之间。

该区是山东省暴雨洪水发生最频繁的地区，大洪水多发生在7、8两月。大洪水多由台风登陆形成的暴雨产生。该区河流上游地形陡峻，洪水迅猛，一泄而下，给河流的中下游造成巨大灾害。

该区河流多年平均水温为13.0～14.0℃。月平均水温最高值出现在7月，为24.7～27.5℃；月平均水温最低值出现在1月，为0.4～1.7℃，一般每年12月21日至翌年1月1日河水封冻，2月11～16日解冻开河。多年平均封冻天数为40～50天，最大冰厚0.15～0.30米。

区内地表水水质较好，大部分河流多年平均矿化度200～300毫克/升。但1980年代以后，部分河段亦遭受到较重污染。该区各河上游比降大、水流急，植被覆盖较差，再加暴雨量多、强度大，因此水土流失比较严重。沂山山区，年侵蚀模数为1200～1800吨/平方公里，最大达2600吨/平方公里。河流多年平均悬移质含沙量为1.0～2.0公斤/立方米，河流上游地区含沙量普遍较大，多年平均含沙量为2.1～4.6公斤/立方米。

沂山地区发源及流经的河流有：

沂河，古称沂水，古代为泗水支流，黄河夺淮、泗入海后，沂水成为黄河支流。1604年（明万历三十二年），开河运河航道成，沂水又为新开运河所截，不得入黄河，因而改道南流，汇入骆马湖。明崇祯年间（1628～1644年），为保运河河道和宿迁城，开拦马河（后名六塘河），引骆马湖水东注黄海。1685年（清康熙二十四年），挑挖六塘河，使沂河水东至灌河口入海。以后虽多次治理，直至建国后1951年开挖新沂河，仍保持由灌河口入海的形势。沂河位于泰鲁沂山地的南侧，流域坡度大，集流迅速，洪水迅猛，往往超过下游河道的排洪能力，易漫溢成灾。根据临沂水文站实测资料，建国以来以1957年洪水最大，洪峰流量为15400立方米/秒。

沭河，发源于山东省沂水县北部沂山南坡石槽峪北太婆顶，流经沂水、莒县、莒南、临沂，至临沭大官庄分成东西两支。东支名新沭河，东流入江苏省石梁河水库，出流后由临洪口入黄海；西南为干流，即老沭河，经郯城老庄子入江苏省境，又南流泄入新沂河。山东境内沭河长273公里，其中干流长253公里，新沭河20公里。沭河在山东境内总流域面积5747平方公里。干流河道平均比降为2.16/1000，流域河网密度0.24公里/平方公里。

沭河古称沭水，为泗水支流。北魏正光中（520～525年），为避免沂、沭相会，在今郯城县东的禹王台修堰，遏沭水西流，开新渠引沭水东南流，至沭阳与古游水即涟水合流入黄海，从此开始独流入海。明正德年间（1506～1521年），因取石筑城拆毁禹王台，此后，每逢沭水西决无所阻挡，河水直趋骆马湖，下游深受其患。直到1688年（清康熙二十七年），在禹王台旧址重建了竹簏坝，障沭水西出，沭水演变为蔷薇河由临洪口入黄海。建国后，对沭河进行了大规模治理，为分泄沭河洪水，经过艰苦努力，于1952年终于成功地开挖了新沭河，使沭河汛期洪水东调新沭河直接入海。沭河干流经治理改经新沂河入海。

弥河，古称巨洋水，发源于临朐沂山西麓天齐湾，顺坡蜿蜒西流，至临朐九山附近折向东北流，经过冶源水库，又经益都，于寿光广陵乡南半截河村，分为3股入渤海。其中东北流的一股，河槽较为宽广，为弥河主河道，在寿光北宋岭东，纳丹河，至潍坊市寒亭区央子港入海。其余两股为弥河入海岔流，均由南半截河村北流入海。河长206公里，流域面积3847.5平方公里。河道平均比降3.2/1000，流域河网密度0.3公里/平方公里。

汶河，是潍河最大的支流，发源于临朐县沂山东麓，东流经大吴水库，折而北流，至临朐蒋峪转向东北，经高崖水库，流经昌乐南部、安丘北部，于安丘东北角夹河套由左岸注入潍河。河长104公里，流域面积1514.9平方公里，河道平均比降0.81/1000。据1956～1979年同步观测系列统计，潍河流域多年平均年降水量为747毫米，流域多年平均年径流深为226.4毫米，折合年径流量为14.7亿立方米。

白浪河水系该河发源于今昌乐县鄌郚镇的大鼓山（即大姑山，属沂山东北支脉）南麓，流经昌乐、潍城，贯穿本县埠头、郭家官庄、里疃、固堤、泊子、央子等乡镇，由央子渔港以北汇入渤海莱州湾，主河道全长127公里，流域面积1237平方公里，境内长57公里，流域面积633.25平方公里，区境内长42.5公里，流域面积397平方公里，主河槽底宽50～100米，堤距200～1700米。

沂山又名东泰山、小泰山，素有“泰山为五岳之尊，沂山为五镇（东镇沂山、西镇吴山、南镇会稽山、北镇医巫闾山、中镇霍山）之首”称号。沂山历史悠久，西汉太初三年（前102年），汉武帝亲临其下设祠祭祀。至清末2000多年间，历代朝廷对沂山有望秩之典，沿袭致祭，修建庙殿。

沂山东镇庙碑林，东镇庙位于沂山东麓九龙口处，自西汉太初三年（前102），武帝亲临其下设祠祭祀，由此至清末的二千多年间，历代朝廷诏令加封，修建庙殿，春秋二祭，凡遇大典，如新皇登基，或“天时不顺”、“地道欠宁”，皇帝还亲自或派重臣赴东镇致祭。由于历代朝廷有望秩之典，加之沂山雄伟秀丽，大家名士慕名而至，观光揽胜，其间留下了大量的碑碣，遍布庙院内外，丛矗如林，故有“东镇碑林”之称。据光绪三十年（1904）不完全统计，有碑360余幢。民国时期又有增建。碑碣大小不一，最高者近7米，低者米许。时代最早者汉，晚者民国。其中有御碑12幢。其他碑刻，除御遣钦差和地方官员祭祀东镇所留者外，余碑也尽是高士名流、骚人墨客游览沂山题咏，包括宋范仲淹、苏轼诗碑。由于碑置露天，日久年深，任风雨剥蚀，一些碑文漫漶不清，个别断裂倾倒。特别是近百年来，战乱频繁，遭兵燹之祸，加之旧时遗物，不被人们重视，用于筑桥铺路、兴修水利，破坏甚巨。“文化大革命”期间，再次遭到破坏。为保护管理好文物古迹，临朐县政府于1985年秋动工复立，已复立古碑90余幢。

沂山主峰为玉皇顶，因旧有玉皇庙而得名，海拔1031.7米。在旧庙东极顶有一巨石探出绝壁，谓“探海石”，晴日凌晨，登石可观东海日出。

主峰东侧凹处，有法云寺，相传建于东汉。周围十余里多松柏，构成林海，蔚为壮观。法云寺古遗址处，1987年建林场管理处和游客接待室。

古寺遗址北约500米处，两崖壁如石门，中间峪谷深峭，名曰“黑风口”，传说即当年黑旋风李逵“沂岭杀四虎”之处。古寺东2公里许，至百丈崖。山崖陡如劈，上下高差约65米，一股清流飞溅而下，遥望若白练悬挂，近视如细雨濛濛。崖下积雪常至四、五月不消，骄阳盛暑之季，这里亦寒气袭骨，谓之“百丈瀑布六月寒”。悬崖半腰中，原有“迎仙亭”，明隐士雪蓑题刻已被水流冲激坠毁崖下。崖北侧有吕祖洞，洞旁石缝中有古松，曰万年松。对面石壁镌“海”两个大字，方逾径丈，十分壮观。百丈瀑布之下，便是玉带河，即汶河上游。

沂山诸峰，唯“双崮”最为奇险。“双崮”，是“狮子崮”和“歪头崮”的合称，位于玉皇顶西北，各因形而名。二崮东西对峙，中间峭峪万丈，白云翻滚。“歪头崮”三面悬崖，唯南侧一小径可盘旋而上。至峰顶有一石门，门呈拱形，内有石庙，曰“碧霞宫”，是祭祀泰山老母处。碧霞宫旁有一石穴，名曰“天池”，相传是碧霞元君净面处。

齐长城遗址，穿越沂水县境的一段，西起沂山太坡顶，经于沟、马站、杨庄、官庄入莒，长50余公里。起伏蜿蜒。可显见的城墙有4处，共约10余公里，均为沙土混合夯筑，基宽3至5米。以穆陵关东段保存较好，仍高2.5米。临朐段位于境南部。西接淄博岳阳山凤凰岭，经嵩山、九山、沂山、大弁山东去入安丘县，长75公里。城依山而筑，随岭阜沟壑起伏。凡高崖陡壁处，仅用石块砌成2米左右的矮石墙。每遇沟壑，则用巨石构筑。一般地段为土石结构，其基础由精加工的大石砌成，宽8～10米，高3米，上为夯土，层次分明，每层厚约20～30厘米，夯窝均匀，清晰可辨。

齐长城关隘，以穆陵关最为著名。位于临朐县东南与沂水交界的大岘山上，是齐国通往南方的门户。遗址2600平方米，残墙高3~5米。其南面下临深谷，陡不可攀；北侧较平缓，以平顶山为依托，进可攻、退可守，地势极为险要。平顶山巅平如砥，面积5平方公里，相传为历代齐王巡狩驻跸处。关与山之间，成一布袋状狭口，雄关扼其口，崇山收其尾，是进可攻，退可守的战略要地。关东、西200米处各有一高台，北面与长城平齐，南面凸出约2米，为关隘的军事附属设施。关北还有双重城墙并列，证明齐国在通往都城的咽喉处设重关以防。穆陵关踞高临下，气势巍峨，为历代军事家所重视。台下有战国时期碎瓦片，有明重修碑1块。

沂山北麓为临朐县，西周为纪国邑（亦称骈邑）。春秋时为齐国之邑、东阳邑。战国为齐之朐邑。西汉置临朐县，治临朐镇，东有朐山，因以为名，属齐郡；又别置朱虚县，治在临朐镇东南25公里城头，属琅邪郡。后行政区划历有变更，1983年改置地区级潍坊市，临朐县均隶属之。

沂山南麓沂水县，西周时南有根牟、阳等小国，北有浮来邑。春秋初为郓、鄢陵、密、泉4邑地，分属莒、鲁2国，后皆入鲁。战国属齐。后建置屡变，至隋开皇初废东安郡置东安县，十六年（596年）改东安县为沂水县，因城濒沂水而得名；又别置东安县于古盖县。大业二年（606年）莒州废，2县属琅邪郡。隋末废东安县入沂水县。

1947年，设沂山林场，场址在临朐县大关区东镇庙，隶属于省领导，任务除护林、造林、育苗外，兼管淄川、博山、蒙阴、沂水、临朐、安丘等县林业业务，林场面积14500亩，林地500亩，苗圃30亩。1949年经营面积32000（市亩），其中林地28564亩，宜林地3436亩，蓄积量54577立方米。至1958年，经营面积9146（市亩），其中林地8541亩，宜林地352亩，蓄积量23000立方米。

西汉平帝元始四年，川人王净至青州说经，寄东镇沂山泰山祠。山东兴立佛教寺院始于东汉。东汉永平十年（67），原寄居沂山的王净因王莽篡汉，刀兵大起，隐匿不出。东汉章帝元和年间（84～87），王净弟子规法于沂山中心的玉皇顶下、圣水泉畔设立发云寺（“发”后改为“法”）。

魏晋时期，战争连年不断，人民身在水火，生命时处威胁，因而易于接受佛教的彼岸世界的宣传，为佛教的传播和发展提供了方便条件。据史料记载：东晋初年，沂山法云寺僧众四十，乡曲皈依万计，慕名求拜者日增，遂于东晋咸和年间（326-334），在沂山东麓法云寺下、瀑布界东口汶水之源兴建大寺，题额“明道寺”。

南北朝时期，沂山以明道寺为核心，相继建有白玉庵、柳泉寺、朝阳寺等，并在其周围山中建立寺院多处，较著名者有石门山石门寺、仰天山白云寺、嵩山白茅寺、玲珑山凌云寺、孤山悬泉寺、盘阳洪福寺等。

唐龙朔年间（661-663），禅宗北派创始人神秀到沂山说经，信奉者骤增。当时沂山寺院大小十余处，明道寺为全国重要大寺之一。沂山及其周围计有寺庙150处，僧尼达千余人。

唐朝前期的倡佛护僧，全国兴建大批佛寺，进一步扩大了寺院庄园的规模，侵占了许多耕地，因而加重了国家负担，影响了财政收入。僧侣猛增，扩大了寄生群体，僧伽腐败，对僧众管理不善，成为社会问题。至唐武宗时酿成了大规模毁佛运动，史称“会昌法难”。会昌五年（845），唐武宗下令毁寺。这次毁佛运动中，沂山除保留古刹法云寺外，皆摧毁荡平，荣成赤山法华院等许多寺院均遭毁坏。“

沂山自汉代以后历朝帝王多立祠祭祀。据传“虞夏有望秩之典，周有沉埋之祭，秦祀加车乘驻朐，汉公玉带请于武帝，封为东泰山，设祠于山卑，称为‘泰山祠’以祭”。泰山祠建于西汉太初三年（前102）。

魏晋南北朝时期，道教分化现象严重。新天师道在山东影响很大，寇谦之曾寄居沂山泰山祠传经布道。

隋朝统治者实行佛、道并重政策。道教宫观和道士数量都有所增加。沂山泰山祠庙宇简陋，久无道士居住，开皇十四年（594），隋文帝诏东镇沂山，并就山立祠，同时迁庙于山半法云寺侧，称“东镇沂山神庙”，委近巫一人主管洒扫、春秋二祭。大业年间，沂水县建端云宫。贞观十年（636）封沂山为东安公，到此沂山神始有正式封号。唐文宗开成年间（834-840）东镇沂山发生佛道之争，泰山祠道士被驱逐出祠。“会昌法难”中，沂山明道寺被彻底毁坏，僧众被勒令还俗。

北宋时，相传宋太祖赵匡胤与后周大将韩通大战穆陵关（沂山脚下），连战皆败，人困马乏，无奈乞求沂山神保佑，有此精神支柱，一鼓攻克穆陵关，擒韩通扫平前进道路。在其攻关之时，也得到沂山道士的鼎力相助，所以赵匡胤建宋后，于建隆三年（962）诏修东镇庙，将庙址选在东面山下，大兴土木。自此，沂山道士系受皇封，倍受尊崇，形成“东崂山，西沂山”的道家活动中心，其附近相继建观60余处，其中较著名者除县城紫云观，尚有将军庙、灵泽庙等。

元成宗大德二年（1298）诏封沂山为“元德东安王”，并御制封碑一通，至今存于东镇庙遗址。明代，增添了新的道派，出现了“武道士”。沂山东镇庙，就有庙左是文道士（全真道）道观，庙右是武道士（武当派）道观。

1987年，临朐县设立沂山风景名胜区。1992年，临朐县沂山林场设立沂山国家森林公园，面积6466.67公顷，1993年，沂水县沂山林场设立沂山省级森林公园，面积609.73公顷。2020年4月，入选“2020中国避暑名山榜”。