御嶽山は東日本火山帯の西端（旧区分による乗鞍火山帯の最南部）に位置し、古生層と中生代の濃飛流紋岩類を基盤（基底部は17 km四方の広さ）とし、基盤からの高さが1,400-1,900 mのカンラン石、複輝石、安山岩などで構成される成層火山である。各方向に溶岩流を流れ出しているが、西に流れた摩利支天山第6溶岩流は、最も延長が長く約17kmに及ぶ。末端には安山岩の大岩壁巌立がある。一ノ池を中心として、摩利支天山、継母岳、王滝頂上を結ぶ外輪山の内側がカルデラであると推測され、カルデラ形成前の姿は、富士山に匹敵する高さの成層火山であったと推測される。大爆発によって崩壊した土砂は土石流となって川を流れ下った岐阜県各務原市付近の各務原台地には御嶽山の土砂が堆積しており、水流によってできた火山灰堆積物が地層となっている。この大爆発によって剣ヶ峰、摩利支天山、継母岳の峰々が形成された複成火山であり、その山容はアフリカのキリマンジャロ山に似ている。

従来、最後のマグマ噴火は約2万年前で以降は水蒸気爆発と考えられていたが、2006年（平成18年）に行われた岐阜県の調査および2008年（平成20年）に行われた国土交通省多治見砂防国道事務所や産業技術総合研究所の調査によれば、約5200年前の火砕流を伴う噴火を含め、2万年間に4回（約1万年前以降、約1万年前、約9000年前、約5200年前、約5000年前）のマグマ噴火を起こしている。信濃毎日新聞の2007年（平成19年）4月30日の紙面に掲載された記事によると、岐阜県の調査によって、剣が峰北西6キロの下呂市小坂町内において、約5200 - 6000年前の火砕流が堆積してできた地層が発見され、五ノ池火口からの噴出物と考えられる火砕流の痕跡が確認された。最近の2万年以降の活動は水蒸気爆発と限定していた岐阜県・長野県それぞれにおいて、火砕流も想定しての、ハザードマップなど防災に関する見直しが行われる可能性が指摘されている。

1979年以降は断続的（1991年、2007年）に小規模な噴気活動が続いている。気象庁により「火山防災のために監視・観測体制の充実等が必要な火山」に指定されていて、山頂周辺には火山活動の観測のための地震計、空振計、傾斜計、火山ガス検知器、GPS観測装置、監視カメラなどの観測機器が設置されている。2001年から名古屋大学大学院環境学研究科が、「岐阜・長野両県における火山噴火警戒避難対策事業」として噴火の前兆現象を観測する地震計による御岳火山災害観測を行っている。1979年の水蒸気爆発の6ヶ月前の三ノ池が白濁し池の中から泡が噴き出す音が発生した現象と6時間前の火口直下での地震は、その前兆現象であったとみられている。2011年（平成23年）7月27日に「御嶽山火山噴火緊急減災対策砂防計画検討会」が開催され、御嶽山火山噴火緊急減災対策砂防計画が策定された。王滝頂上直下西面（八丁ダルミ付近）と地獄谷の噴気孔から硫化水素などの火山ガスを噴出し続けていて、噴気孔から発生する火山ガスの轟音が聴こえることがある。
活火山の定義を見直すきっかけとなった有史以来の1979年の水蒸気爆発

長らく死火山だと思われてきたが、1968年（昭和43年）から活発な噴気活動を始め、気象庁が1975年（昭和50年）に刊行した『日本活火山要覧』（初版）では、活火山の当時の定義（噴火の記録のある火山及び現在活発な噴気活動のある火山）に該当する77火山のひとつとして掲載されていた。しかし、定常的な観測体制の整備は行われず、明確な前兆現象が観測されないまま、1979年（昭和54年）10月28日に水蒸気爆発を起こし約1,000 mの高さまで噴煙を噴出した。5時頃に発生した噴火は14時に最大となりその後衰退し、噴出物の総量は約二十数万トンで北東方向に噴煙が流れ軽井沢や前橋市まで降灰した。この噴火がきっかけとなり、日本国内の死火山、休火山、活火山という定義そのものを見直すこととなった。現在では活火山以外の言葉は使われない。