Der Gebirgszug durchquert zwischen der Westküste des Ross- und der Ostküste des Weddell-Meers den gesamten Kontinent Antarktika, daher auch der Name. Es erreicht Höhen bis über 4500 m. Der zwischen 100 und 300 km breite Bergrücken bildet über weite Strecken die Grenze zwischen Ostantarktika und der Westantarktika.

Die Gipfel des Gebirges sind einige der wenigen Stellen, an denen der den Kontinent bedeckende Eispanzer durchbrochen wird. Jedoch liegt das Transantarktische Gebirge nicht überall frei zutage, sondern wird stellenweise komplett vom Eispanzer überdeckt. Ein besonderes antarktisches Phänomen stellen die nahe der Station McMurdo gelegenen Trockentäler dar: Landstriche, die schnee- und eisfrei sind, weil in ihnen praktisch kein Niederschlag stattfindet.

Das Transantarktische Gebirge ist erheblich älter als andere Gebirgszüge des Kontinents, die vulkanischen Ursprungs sind (allerdings besitzt das Gebirge selbst auch einige vulkanische Anteile). Seine Auffaltung begann vor etwa 65 Millionen Jahren. Das Gebirge setzt sich hauptsächlich aus Sand- und Doleritsteinen zusammen, die ihrerseits teilweise schon vor mehr als 400 Millionen Jahren entstanden sind. Die nicht unter Eis liegenden Berge, Fossilien und geologische Bohrungen haben Wissenschaftlern geholfen, mehr über die Entstehungsgeschichte des antarktischen Kontinents und seine zentralen Rolle im Urkontinent Gondwana zu erfahren.