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洛阳是大自然的杰作：位于秦岭延伸到中原的余脉盆地，群山环抱，河流纵横，气候适中，资源丰富，水运便利，生态环境优越，具有“中、险、便、富”四大特征，是帝王建都的理想之所、兵家必争的战略要地、水路交通之枢纽、天下物流之中心、土肥壤沃之粮仓、矿产开发之宝库、生生不息的人居之地，自古为辐射东西南北的首善之区。
洛阳位于豫西中部山区，其自然环境处于华北地台的西南隅和昆仑—秦岭地轴的东延部分，构造体系属于华北豫西地台区和秦岭地轴褶皱区。这种华夏大陆地质的中点位置，反映在中国地理大势上，则表现为中国东西南北自然地理分界线的十字交叉口。在四面八方地质运动内营力和外营力的相互作用下，这种位置环境的形成经历了40多亿年的地理演变。
在距今约45亿～24亿年的太古代，豫西中部山区最古老的地层逐渐形成；到了距今约18亿年，大规模的吕梁运动奠定了该区古老的结晶基底。这时已处于元古代中期。此后，该区便进入了传说中的“沧海桑田”时代，先后历经了距今约12亿～5.7亿年的元古代震旦纪和距今约5.7亿～2.25亿年的古生代这一长约9亿～10亿年的造地运动时期。其间每一次沉降运动，都使该区处在浅海或滨海状态，接受海相沉积，出现湿润气候；每一次上升运动，都使该区处在隆起状态，遭受剥蚀，转为内陆湖相沉积、河流相沉积，并带来干燥气候。而剧烈的起伏升降运动，都不同程度地造成基底断裂、地壳拗陷，一方面“削高填底”，使地貌均夷化；另一方面，切割高地，塑造出各种地貌类型，使地貌复杂化。伴随着地貌的形成和发育，早期生态环境也在酝酿形成，由于海滨、湖滨湿润气候为生物的登陆和栖居创造了条件，早期动物中的鱼类、两栖类和裸子植物中的银杏率先进入了该区。
到了距今约2.25亿～7000万年之间的中生代，该区地貌发生了决定性变化。在一系列地壳运动中，燕山运动影响巨大，强烈的造地运动使全区地势急剧增高，使中生代以前形成的地层遭受构造变动和块状断裂。断块隆起使崤山、熊耳山、伏牛山、外方山形成高峻的山岭，构成该区地貌的骨架；断裂下陷使河谷地带出现了相互隔离的山谷盆地。现代地貌的轮廓与基础由此形成和奠定。燕山运动以后，地壳暂处稳定状态，生态环境得到改善；早期鸟类朱鹮和大型脊椎动物进入该区，连香树成为该区新的植物成员，银杏科植物达到黄金时代。
经过3000多万年的稳定时期，到了距今约6700万～250万年之间的新生代第三纪，喜马拉雅山运动发生，该区再次抬高，伏牛山重现高峻山势，成了南北地理的重要分界线；山间湖盆因断裂转化为河流，形成一系列串珠盆地和冲积平原。气候由暖变热，暖温带植物杜仲树、热带植物香果树相继出现。生态环境进一步改善。到了距今约250万～1万年之间的新生代第四纪，豫西中部山区经历了4次冰期，而在4次冰期之间又相夹着3次间冰期，故在4次严寒高峰之间相夹了3次暖热期。在距今约68万～37万年之间的第三次间冰期，大象、鸵鸟、水龟和原始人类均在该区繁衍生息，在孟津、新安、伊川等地发现的有关化石反映了这一时期内的生态信息。但在第四次冰期的摧残下，绝大多数动植物衰亡。早期鸟类朱鹮逃脱了这场劫难，红豆杉、银杏、杜仲、香果、连香树等孑遗植物幸存下来，这些今日散见于伏牛山区的“国宝”都是第四次冰期孑遗植物的遗留种；同时，大型动物中的原始人类以其顽强的生存能力闯过了难关，继续生存并繁衍发展，在其境内发现的旧石器遗址遗存是记载这段英雄史诗的座座丰碑。
到了距今约1万年，境内原始人类进化为现代人类并创造了裴李岗文化、仰韶文化，进而发展为河南龙山文化，形成了以夏族为核心的河洛先民，并以当时领先的生产力战胜了洪水大灾难，迎来了中华文明的曙光。优越的自然环境遂使洛阳成为中华文明的发祥地之一。十三朝帝王都洛期间，洛阳作为首善之区，保持着与之相应的首善环境，自隋、唐延及北宋，洛阳园林名冠天下。直到明清，文人骚客尚寻芳伊洛，瞻仰河山之胜，他们在山石上留下的纪念之作，便是当时洛阳环境优雅的历史见证。
洛阳市位于秦岭之尾，首府洛阳位于海拔300米的洛阳盆地，卫星城镇散布在中心城市周围的串珠形盆地和谷地中。首府洛阳北依邙山，与太行隔黄河相望；西接崤山、熊耳、伏牛三脉，南有嵩山雄峙，东有邙山之尾与外方山之尾缠抱，可谓群峰环抱，高山叠置；北有黄河及其小浪底水库、西霞院水库，中有伊洛二水及其陆浑水库、故县水库，南有汝河及其建设中的前坪水库，可谓河流纵横，湖泊如镜。高山阻挡北方沙尘的侵袭，大河荡涤侵入的沙尘，守护着华夏第一都的一方净土。
洛阳市虽在秦岭山系，但作为秦岭之尾，远离地震多发的秦岭之首；洛阳市北距太行山地震带虽然近在百里，但却有黄河大峡谷自西而东断开。出于这样的地质因素，历史上洛阳境内地震不过6级，所受境外地震波及的烈度不过9度。在大地震频发的时代，难得有洛阳这样的地质环境，保持着华夏文明之源的一片安宁。
洛阳市虽然北临黄河，但有西东走向的邙山阻挡，从无黄河水患之虑。
现代工业社会，洛阳生态环境却付出了沉重代价。为挽回洛阳生态环境，恢复蓝天、青山、碧水，20世纪末21世纪初洛阳市政府实施自然环境大保护战略，建立地震管理机构，配置现代化的测震、防震、抗震设施，加强对地震的监控，为洛阳环境保驾护航；开展水土保持和环境监测，兴建一系列山间水库，关闭污染企业；在植被保存比较完整的伏牛山、熊耳山、外方山、崤山主峰地带建立了一系列自然保护区、森林公园，对划定区内的自然资源实行全方位的保护。在此基础上，扩大保护范围，把自然保护区和森林公园建设工程推广到低山丘陵和洛阳市郊，建成了孟津、吉利黄河湿地，周山森林公园、龙门东西山森林公园、上清宫森林公园、洛浦公园、白马寺风景名胜保护区、城市绿肺——隋唐植物园。这种格局的形成，意在借鉴古代洛阳的自然环境优势，重建园林城市，显示了洛阳人民还原“华夏圣地”生态环境的气魄和胆识。2002年，荣获“国家园林城市”称号；2008年，荣获“国家卫生城市”称号；2011年，荣获“国家森林城市”称号；2012年，荣获“中国牡丹花都”称号。