Los impactos conjuntos de eventos geológicos históricos y oscilaciones climáticas cuaternarias en el noroeste de China sobre la evolución de las especies han sido examinados extensamente en plantas desde una perspectiva filogeográfica. Sin embargo, los análisis filogeográficos de animales en esta región aún son limitados. La víbora de cascabel de Alashan se encuentra principalmente en el árido noroeste de China y áreas adyacentes. Basado en la variación en dos genes de mtDNA en 27 individuos que representan 24 poblaciones, se examinó la estructura genética espacial y la historia demográfica a lo largo de su rango geográfico. Los análisis filogenéticos revelaron dos clados alopátricos bien soportados (cada uno con dos subclados/líneas distintas), distribuidos en las regiones del sur (Cuenca de Qaidam, Cuenca de Lanzhou y Cuenca de Zoige; Meseta de Loess) y del norte (Cuenca de Ily; Cuenca de Junggar y Meseta de Mongolia). El análisis AMOVA demostró que más del 76% de la variación genética observada estaba relacionada con estas divisiones de linaje, lo que indica una diferenciación genética sustancial entre los cuatro linajes. Un fuerte patrón de aislamiento por distancia entre las poblaciones muestreadas sugiere que la distancia geográfica moldeó principalmente la estructura genética. Los cuatro linajes divergieron entre un 0.9-2.2% para los datos concatenados, que se estimó que se habían fusionado hace aproximadamente 1.17 millones de años, lo que sugiere que las expansiones de los desiertos de Badain Jaran, Tengger y Mu Us durante la glaciación de Xixiabangma probablemente interrumpieron el flujo genético y desencadenaron la divergencia observada en las regiones del sur y del norte. Posteriormente, la integración temprana del Pleistoceno del río Amarillo y la expansión de los desiertos asociados promovieron la diferenciación de los linajes S1 y S2 (hace aproximadamente 0.9 Mya). Tanto la evidencia mitocondrial como la modelización de nicho ecológico (ENM) rechazan la firma de contracciones demográficas y de rango durante el LGM. Además, ENM predice que el hábitat adecuado de la especie se contraerá en el futuro. Por lo tanto, la conservación y gestión de las Unidades Evolutivas Significativas (ESUs) debería ser una prioridad. Nuestros hallazgos proporcionan las primeras ideas sobre la diversificación de linajes y la dinámica poblacional de la víbora de cascabel de Alashan en relación con la historia geológica y las oscilaciones climáticas del Pleistoceno en el árido noroeste de China.