黄土高原位于中国中部偏北部，为中国四大高原之一。广义上的黄土高原即黄土区，黄土面积63.5万平方千米，其中原生黄土38.1万平方千米，次生黄土25.4万平方千米。主要由山西高原、陕甘晋高原、陇中高原、鄂尔多斯高原和河套平原组成。
黄土高原东西长1000余千米，南北宽750千米，包括中国太行山以西，青海省日月山以东，秦岭以北，长城以南的广大地区，位于中国第二级阶梯之上，海拔高度800～3000米。黄土高原属暖温带大陆性季风气候，大地构造单位主要包括陕北陇东地台、华力西褶皱带、太平洋式燕山褶皱带、陇西地块、中条山地块、吕梁山地块和汾渭下游沉带等，并以秦岭地轴和鄂尔多斯地台为南北二大界线。
黄土高原的形成，主要有“风成假说”。被誉为“黄土之父”的中国科学院院士刘东生先生创立的“新风成说”，认为其是依靠风力的搬运，在数千千米之外堆积形成。在古近纪时期，黄土高原为亚热带气候环境，地壳长期稳定，形成准平原地貌，高原主体位于鄂尔多斯地块。新近纪时期，该地区开始形成广泛的红色黏土沉积层，后期受青藏高原隆起的影响，准平原解体并遭受侵蚀。
距今约800万年前，这里是一片汪洋的湖泊，之后天气干燥寒冷，强风吹动原湖西岸的沙漠沙土和尘粉，经过千万年堆积，湖底泥土层越来越厚，且依西向东形成了由粗到细的格局。距今350 - 260万年前，黄土高原西南侧的青藏高原底壳剧烈运动，带动鄂尔多斯地块整体大面积上升，使整个黄土原湖的湖水流向东海，湖泊逐渐干涸，加上青藏高原阻挡了印度洋方向吹来的水汽，使中亚地区干旱少雨，又同时遭受物理风化作用，从距今300万年开始，中亚地区岩石破碎，形成广袤的戈壁和沙漠。
距今260万年前，中国西北地区尘暴规模显著增加，已经在鄂尔多斯地块堆积的黄土。上新世后期，由于气候变化和地质构造的影响，西北地区的沙漠和戈壁增加，植被缺乏，风力旺盛，尘暴和西风带等将粉尘颗粒向下风向搬运，部分粉尘在黄土高原地区堆积，由于黄土高原前的古地形起伏和缓，气候干旱少雨，降落于地表的粉尘大部分未被冲刷走，形成厚厚的黄土层，黄土堆积最厚可达300多米。
高原地质构造以六盘山为分界，分为东西两部分基岩，西部属于西域陆块，东部基属于华北陆块。西域陆块构造特征以新生代断陷盆地为主，陇中盆地的黄土下伏基岩堆积于甘肃群之上，甘肃群由紫红色粘土、砂质粘土、砂岩和砂砾岩组成，形成于中新世到上新世早期，上新世晚期地面抬升，黄河及其支流随之而下切，基岩地面成为起伏较大的丘陵状。
华北陆台由鄂尔多斯台向斜和山西台背斜、中间是黄河凹陷构成，鄂尔多斯台向斜和山西台背斜是未经褶皱变动的前震旦纪陆台，陕西黄土高原在大地构造上属中朝准地台的二级构造单元——鄂尔多斯台拗，该高原范围仅是中朝准地台地表漏出盖层的一部分，经过多期地质运动，形成比较稳定、地质构造比较简单的地块。
山西台背斜属于汾渭内陆断陷西段，北部以凤翔——韩城断裂与鄂尔多斯地台相接；南部以秦岭北坡断裂带与秦岭褶皱带相邻。汾渭内陆断陷西段在陕西境内的称渭河地堑，新生代初期开始形成，经中新世初期至上新世末期构造运动完成，该地堑北部边缘是寒武奥陶系灰岩及前震旦系杂岩为主的低山（即北山），南端则是由岐山——富平、耀县——蒲城、合阳——韩城等几个断裂带组成。关中渭河平原位于中国陕西省中部地区，西起宝鸡峡，东迄潼关港口，包括渭南、西安、咸阳、铜川4个市及宝鸡市的大部，也称渭河平原，面积为4.7万平方千米。
高原整体地势为西北高，东南低，地貌复杂、千沟万壑、地形支离破碎，主要有黄土墚、黄土塬、黄土峁等特有地貌。塬是面积较大的平坦地面，由黄土堆积在古盆地的山前地带或山间盆地内形成，可以形成面积较大的黄土平原，如甘肃东部泾河上游的董志塬面积最大，素有“天下黄土第一塬”之称，塬上一般地形平坦，是人们耕种和生活的主要区域，塬面的周边都有沟谷环绕。
墚是平行于沟谷的长条状高地，很多是“塬”被侵蚀切割后的产物，墚的顶部一般宽几十米到几百米，而长度可以从几千米到十几千米，墚顶覆盖着2000多万年以来的黄土和现代堆积，两侧呈脊状向两边的沟谷里倾斜。峁是当流水侵蚀加剧，黄土不断崩塌，有的墚的顶部完全断裂分开后形成的独立山包。此外，当水流无法带走所有黄土，很多泥沙就遗留下来充填在沟谷里，形成土地肥沃、灌溉便利的黄土河谷，被称作“黄土川”，以渭河平原的八百里秦川为代表。
黄土高原地区历史悠久，早在100万年前，渭河流域就出现了早期的直立人—蓝田人。近几年中国科学院最新考古研究发现，在蓝田县玉山镇上陈村新发现一处旧石器遗址，时间可追溯到大约126万年到212万年前。那时候的黄土高原比现在的面积大得多，基本覆盖了今天陕西全境以及河南西北部、山西西部以及内蒙古南部、甘肃青海东部，面积约100万平方公里（如今黄土覆盖面积64万平方公里）。那时的黄土高原是一片广袤的森林及草原，南部更是野鹿成群，虎豹出没，森林面积广大，早期及晚期的直立人在黄土高原以狩猎为主，生活了至少几十万年。
到了新石器时代后期，黄土塬上人口已有一定数量，人们主要居住在自然地穴中，但已经开始人工打钻窑洞，是自然洞穴和窑洞共同为居住的时代，同时已经开始种植粟（谷子）黍（糜子），也开始烧制陶瓷，人类文明的时代逐渐开始了，那时部落林立，人们过着以狩猎为主兼种粟黍的生活。
华夏文明起源，传说大约在五千年前，在黄土塬上诞生的轩辕黄帝，建立了华夏大部落。此时，种植、制陶进一步发展，也开始了纺织，中华文明从此正式开始。关于黄帝的诞生地说法较多，多数学者认为，黄帝极可能诞生于黄土高原，属于陕北甘肃一代，位于姬水，黄帝本姓公孙，后来改姬姓（祖先姓公孙），再后来黄帝带着部群走下黄土高原，定居在河南省新郑市区轩辕路。
夏王朝后期天下大乱，在夏朝失去农官的不窋，率领族人从封地陕西武功县一路逃到北幽戎狄之地，逐步壮大后，又在庆阳修建了气势宏伟的不窋城。经过儿子鞠陶、孙子公刘等几代人艰难的开拓，教民稼穑，使万古荒原变成富饶的田园。人们的生活日益繁荣富强，由此吸引了周边很多部落氏族纷纷投奔，逐步形成人口众多、田地丰厚，牛羊满圈、粮食谷物充足的周部氏族部落。先秦时期，周人主要活动的北豳（庆阳、西峰一带）、古豳（彬县、长武一带）、周原（扶风、岐山一带）锄耕农业已发展到一定水平。即便如此，从《诗经》中仍可看到黄土高原南部野鹿成群，虎豹出没，森林面积广大，农耕面积有限。
春秋、战国时期铁器出现，犁耕农业逐渐代替锄耕农业，关中、汾河谷地、洛阳盆地、天水盆地农业进一步发展。战国时秦国将自己的势力向渭河上游、陇东、陕北北部推进，赵国则向晋北地区扩张，在这些地区建立城邑，开垦土地，发展耕作，以北畜牧业仍占优势，整个黄土高原人口稀少，开垦指数不太高。秦统一全国后统治范围向北推进到黄土高原北部秦长城一线。汉武帝时向北到达阴山，向西到达河西走廊，黄土高原几乎全部都在西汉的统治之下。西汉时曾向黄土高原大量移民，再加上大批吏卒屯守边防，黄土高原人口迅速增加。人口的增加和农耕的发展使部分林草地被开垦，但开垦程度较高主要在南部的关中、洛阳盆地和天水盆地，当时农牧业界线在太原一龙门一宝鸡一线。此线以北的广大黄土丘陵地区耕地主要分布在河谷平原，其余地区仍保持自然状态。
农耕文化大举进入黄土高原。隋唐时中国重新归于统一，社会安定，经济繁荣，黄土高原人口增加，农耕业逐步代替游牧业。隋唐时期基本奠定了黄土高原南部农业生产的格局，人口增加，植被破坏，城镇兴起，对这一地区土壤侵蚀产生了明显的影响。但黄土高原中部、北部自然环境的总体破坏程度并不甚严重，黄土丘陵地区畜牧业仍占较大比重。
宋元时期与唐代后期比较，土地利用没有太大变化。元代统一后，黄土高原虽结束了军事对垒，但元代连年残酷的战争和元对汉人实行的屠杀政策，黄土高原人口大幅减少。
明清时期：明代黄土高原人口得到恢复，当时的长城是农牧业的分界线，长城沿线不仅分布着数百万边民，而且驻军也三分戍守，七分屯田，每个屯田士卒须种地50亩，使长城沿线被彻底开垦，长城以南则农牧业兼有。清代国家统一，社会安定，人口快速增长。明清时期长城以南的疏林灌丛已被连片开垦。另一方面由于人地矛盾加剧，清末移入黄土高原的移民向人烟稀少的山区迁移，如宁夏南部地区、吕梁山西侧、黄龙山区等，使这些原来的林区也逐步转变为农耕区。可以说明清时期黄土高原丘陵沟壑区彻底演变成了农耕区。
二十世纪前半叶由于战乱和自然灾害，黄土高原人口有所减少。建国后，黄土高原人口增长极快，是中国人口增长最快的地区之一。人口的增加使耕地面积不断增加，林地、草地面积减少。耕地增加主要集中在水土流失严重的黄土丘陵地区，使这些地区陷入“越穷越垦，越垦越穷”的经济、生态双重贫困。改革开放后，黄土高原地区的国内生产总值总量呈现持续的快速增长态势。近三十年的退耕还林，黄土高原主体部位黄土丘陵区植被得到有效恢复。
在文化方面，黄土高原孕育了独特的民俗文化，如“信天游”等民歌，还有陇东道情、皮影戏、安塞腰鼓、关中秦腔等艺术形式，其风格高昂嘹亮、豪迈粗犷，充分体现着高原民众憨厚朴实、悍勇威猛的个性。窑洞是黄土高原上特有的民居形式，具有浓厚的汉族民俗风情和乡土气息，其渊源可以追溯到原始的居穴。此外，这里还产生了丰富的饮食文化，各种面食颇具特色，同时也有像宁夏枸杞、甘草等具有经济价值的特产资源植物。