复杂的植物区系是历史的产物。西北区古生代气候曾经炎热而湿润，当时的植物区系可能属于热带类型。古生代末气候开始变干，三叠纪干燥程度达到顶点，植被以荒漠类型为主，之后草原代替荒漠。老第三纪西北区大部仍属亚热带环境，新第三纪热带植物渐趋灭绝。在常绿植物消失的同时形成了温带植物区系，第四纪冰期及青藏高原隆升后气候进一步变干，草原缩小而荒漠扩大，喜湿植物退向东方，在多种成分相互渗透交融中，最终形成了目前由耐旱、耐盐和抗风植物组成的，结构单纯且覆盖度小的灌木荒漠、荒漠草原和干草原。山地则形成独具特色的垂直带。
气候干旱、植被稀疏给成土过程打下了深深的烙印。正是在干旱生物气候背景下，地表化学风化作用、土壤淋溶作用和生物积累作用都非常微弱。相反，物理风化和盐分积累却极为强烈，所以成土过程缓慢、土壤剖面分化不明显，有机质含量低。至于风蚀地、流动沙地、裸露的干燥剥蚀残山和砾质戈壁的成土作用不仅缓慢，还常被风蚀和风积过程所中断。这就导致了西北区以荒漠土类占优势的必然结果。
地形对植被土壤的影响，除中小尺度地势起伏、坡度坡向变化等导致植物生境和土壤发育条件发生变化，以及植物群落和土种的相应变化外，更主要的表现在高大山体的突起，形成了气候进而是植被土壤的垂直带性分异。但是，西北区地域辽阔，植被、土壤的水平方向的变化仍然是最显著的，其中，东西方向因降水量递减形成的自森林和森林草原向荒漠的变化，属于热量相似背景下的干湿度分异，南北方向的变化则是干旱背景下热量条件不同而形成的纬度地带性分异。西北区有以下纬度地带：
1．温带荒漠地带。包括准噶尔盆地、北山山地及河西走廊东中段。植被类型比较简单，多为灌木、半灌木和小乔木荒漠，覆盖度小，主要种类有琵琶柴、假木贼、梭梭、小蓬、多种猪毛菜、沙拐枣等，几乎没有春季短生植物。塔城盆地蒿属植物较多。地带性土壤为灰棕漠土，表层有大孔状结皮，全剖面呈石灰性反应，有机质含量极低，剖面特征不稳定，因石膏含量和盐化、碱化程度不同，可分若干亚类。
2．暖温带荒漠地带。包括塔里木盆地、东疆及河西走廊西段。植物区系起源与准噶尔相似，但种类数大减，常见种有多种柽柳、多种盐生草、列氏合头草、黑果枸杞等。地带性土壤为棕漠土，土表有易溶盐类和石膏淀积，碳酸钙移动不显著，全剖面呈强石灰性反应，薄层表土下的铁质因氧化而呈红色斑点。
以上两个地带作为纬度地域分异的产物，显然是亚欧大陆腹地纬度地带谱的组成部分，与东部季风区内海洋性纬度地带谱有本质区别。热量条件不同是分异的主导因素，干燥程度的差别居次要地位。
3．温带草原地带。分布于甘肃中东部和宁夏南部黄土高原区。长芒草、白羊草、茭蒿、铁杆蒿和百里香等在草原植被中占优势，代表性草原群系为长芒草原和长芒草加茭蒿草原，地带性土壤为黑垆土、黄绵土、栗钙土。陇中北部和宁夏中部气候偏旱，油蒿、白草、蒙古冰草等渐多，土壤为沙质灰钙土、棕钙土，植被类型转变为温带荒漠草原。
4．暖温带落叶阔叶林地带。分布于陇南山地，主要落叶树种有栓皮栎、槲树、槲栎、锐齿栎、山杨、漆树等，林下灌木、藤本、草本植物都比较多。土壤为褐土类。
5．北亚热带常绿阔叶林地带。分布于甘肃最南部岷山支脉摩天岭一带，海拔900m或 1000m以下，常绿乔木树种有柏木、桤木、杉木、马尾松、铁坚油杉、橘、橙、油樟、黑壳楠、慈竹、棕榈、珙桐等。土壤为黄棕壤。
显而易见，3、4、5三个地带是既不同于西北西部大陆腹地，也有别于我国东部沿海的过渡性纬度地带谱。在这里，海洋性气候特点已明显减弱，但还没有达到出现荒漠地带的程度。