喀纳斯河流域位于阿尔泰山主峰——友谊峰、奎屯峰南坡，流域周围山体呈阶梯层状断块山，由于第四纪初期以来的冰川强烈刻蚀作用，角峰、刃脊、古冰斗、U形谷、悬谷、冰碛垄、冰碛湖及融冻泥流阶地非常发育。

从古冰川地貌可以分辨出这里曾出现过较明显的三次冰期，喀纳斯湖是经第二次大冰期的巨大复合山谷冰川掘蚀而形成，当时冰川长数千米以上，冰川厚度约200－500米，冰舌末端稳定在湖口，并处于平衡状态，逐渐在喀纳斯湖口堆积了宽约1千米、高50－70米的由多道岗洼地组合而成的终碛垄，最外一道高约20米，呈弧形外凸的垄岗，内侧一道以斜坡与湖面衔接。终碛垄起伏不平，由粗细不同的冰碛块石、砂与粘土等混合物质组成。后期因气候转暖，冰川迅速退缩，形成了喀纳斯湖。