地球上滄海桑田的變化從來沒有停息過，如今的南極洲被厚達幾公裡的冰層覆蓋著，是表面海拔最高的大陸，南極洲其實也並非一直就是這樣，地質學家認為，在距今約2.8億年的二疊紀直到侏羅紀晚期，南極洲作為古岡瓦納大陸的一部分，並沒有在今天這個位置，那時候的它尚位於南半球的低緯度和中緯度地帶。
南極大陸上氣候當時也經歷過種種變化，曾經炎熱乾燥，也曾經溫暖潮溼，但大部分時間中或比現在的澳大利亞氣候還要好一些，上面植被茂密，南極洲已發現的煤炭資源可以證明，另外地質學家們還在這裡發掘出了棕櫚樹和木棉科植物的花粉，認為這裡有著類似熱帶大陸邊緣的綠色海岸，當然這裡也曾經動物成群，古生物學家們認為這裡生活著和澳大利亞和南美洲特有動物種族相近的動物。
直到侏羅紀時期，古岡瓦那大陸開始解體，南極大陸從中分解出來之後開始緩緩向南漂移，但是直到新生代早期，它和大洋洲與南美州才完全分裂開來，大約到新生代第三紀漸新世至中新世之間的時期，才移動到了現在的位置。
在南極洲向南移動的過程中，這裡的氣候也越來越寒冷，冰川在高山上越聚越多，漸漸覆蓋了平原地帶，以至於後來這裡的冰川厚度達到了平均幾公裡，很多動植物以及南極洲特有的地形地貌都被封存在了冰層之下。
不過英美地質學家利用雷達調查數據繪製了南極洲厚厚的冰層下地勢的3D地圖，如下圖：
可見南極洲是一個中間高四周低，東部高西部低（東西半球劃分）的地形，其間有山川峽谷，還有湖泊和大河河床等。
比如這裡還有全世界最大的冰下湖泊——沃斯託克湖，位於南極洲的東部，俄羅斯沃斯託克考察站的下方，長約為250公裡，寬約為50公裡，面積為15690公裡左右，和五大湖中安大略湖的大小差不多，這裡面是沒有被冰凍的水，水中的氧氣含量全球最高，氧氣濃度為其他各洲大型淡水湖泊的50倍，科學家認為，至少在50萬年前，這個湖泊就已經被冰封，下面很可能存在與其他湖泊不同的生態環境，如果湖泊裡面確定有生命的話，那麼將為太陽系中的四顆伽利略衛星，以及土衛六、海衛一等衛星的冰下海洋裡面是否有地外生命提供有力的參照證據。