莱茵河是具有历史意义和文化传统的欧洲大河之一，也是世界上最重要的工业运输大动脉之一。
河航运十分方便，是世界上航运最繁忙的河流之一。
莱茵河还通过一系列运河与其他大河连接，构成一个四通八达的水运网。莱茵河运费低廉而有助于将原料的价格降低，这是莱茵河成为工业生产区域主轴线的主因。
现有1/5的世界化工产品是在莱茵河沿岸生产的。莱茵河过去长期是欧洲政治纠纷的源泉，现在则因污染程度的提高，国际间把注意力集中在生态保护。
莱茵河干流全长大约1230公里（目前据测算，从瑞士格劳宾登州阿尔卑斯山区的莱茵河源头，经列支敦士登、奥地利、德国和法国，直到荷兰湾的出海口，莱茵河总长应该为1232公里左右），通航里程将近900公里，其中大约700公里可以行驶万吨海轮。
航行至莱茵河罗蕾莱处的船只莱茵河从阿尔卑斯山流向北海海盆，现今莱茵河的地理与地质环境是从阿尔卑斯造山运动（aleny）时开始形成的。
在欧洲南部，这个时期从约在2亿4000万至2亿2000万年前的中生代三叠纪开始，位于欧亚板块与非洲板块之间的古地中海出现。现在的地中海是来自于这个稍微比较大的古地中海。在1亿8000万年前的侏罗纪，欧亚板块与非洲板块往反方向移动，开始挤压古地中海海床，使得欧亚大陆压在古地中海的上方，板块的边缘在新生代的渐新世与中新世的阿尔卑斯造山运动。
在这次挤压中有几个板块的位置移动，形成地中海附近独特的地质特征，包括比利牛斯山、意大利的阿尔卑斯山、向西移动的安那托利亚与希腊的山脉及岛屿。这种挤压与造山运动持续到现在，导致山脉每年持续上升与火山活动。
在欧洲的北部，北海海盆是在三叠记与侏罗纪时形成的，直到都还现在沉积物仍继续堆积。在阿尔卑斯造山运动与北海海盆沉积之间的区域，地势仍然比较高，包括阿登、埃菲尔山与孚日省，这是因为比较早期的华力西（varian）造山运动所造成的。
在始新世之后，阿尔卑斯造山运动在这个区域造成了一个n-s裂口系统。这个裂口主要是由位于德国东南部/法国东部的上莱茵地堑与德国西北部/荷兰东南部的下莱茵湾。
在中新世的时候，一个河流系统在上莱茵河地堑发展起来，它继续往北流，被认为是最早的莱茵河。在这时期，还没有任何支流流入莱茵河，反而隆河与多瑙河的分水岭从阿尔卑斯山北侧流走。
现在阿尔卑斯山是莱茵河的分水岭，但是原先并非如此。在中新世时，莱茵河的分水领只有到埃菲尔山与韦斯特林山的南部，大约位在阿尔卑斯山北边450公里的位置。
然后流入莱茵河，不过摩泽尔河则尚未成为莱茵河的支流。阿尔卑斯山北麓则往多瑙河注入。
莱茵河凭著河流袭夺往南延伸，并导致它的支流持续增加。在上新世时期，莱茵河已经靠着河流袭夺达到孚日山脉，包括摩泽尔河、美因河与内卡河都成为它的支流。
阿尔卑斯山北部则是隆河的流域。莱茵河在更新世早期时，已经将现在大部分阿尔卑斯山原本流入隆河的河川纳入流域之中，包括阿勒河在内。
从这个时候开始，莱茵河流域扩展到博登湖上游，而美因河的上游（施韦因富特之后）与孚日山脉也已经成为莱茵河流域的一部份。
冰河时期更新世是冰河期交错的时代，大约6个主要的冰河期在600，000年前开始。
当时海平面下降120米，大陆大部分的边缘地区于是暴露出来。在更新世早期，莱茵河是往西北方向流动，注入现在的北海。在盎格鲁冰河期（anglian glaciation）时期，现在北海的北部是被冰所覆盖，且透过这英格兰的运河形成大湖。
使得莱茵河的源头透过这英格兰的运河转向。在冰河时期间，塞纳河的河口位于布雷斯特近海，所以泰晤士河及塞纳河皆是塞纳河支流。当海平面在间冰期大约回复到原先的高度时，莱茵河于是在现在的荷兰境内形成三角洲。
最后一次冰河期从74，000年前持续到更新世结束。在欧洲西北部，有两个阶段非常寒冷，分别在70，000年前与29，000-24，000年前达到顶峰。
第2个阶段稍微比最后一次冰河期极盛时期（la）还早。
在这时期，下莱茵河往西流，通过荷兰，延伸西南方通过英国运河，最后注入大西洋。英国与以色列运河与大部份的北海变成陆地，主要是因为当时的海平面比现在低约120米。
在最后一次冰河期，现在莱茵河大部分的源头并非位于冰层下方，虽然它的来源无疑是冰河的水。
冰河时期冻土层的植物与动物群从亚洲延伸越过欧洲中部抵达大西洋。
在最后一次冰河期极盛时期，当时冰棚覆盖在斯堪的那维亚、波罗的海、苏格兰及阿尔卑斯山，于是冻土层自然分布在这个区域。黄土或是被风吹拂的尘土越过冻土层，沉积在莱茵河谷与四周，导致土壤相当适合农耕。
当欧洲西北部在22，000年前缓慢地开始暖化，冰冻的底土及阿尔卑斯山延伸出的冰河开始融化，冬季的积雪也在春季融化。
大部分都进入莱茵河的周围，下游河道因此增长。快速的暖化与植披转变成开放的森林开始在13，000年前。
大约在9000年前，