Uluru bắt đầu hình thành cách đây hơn 550 triệu năm khi cát, xói mòn từ Dãy Peterman, tích tụ thành trầm tích dày. Khoảng 50 triệu năm sau, những trầm tích này bị nén thành sa thạch bởi trọng lượng của một vùng biển và cuối cùng biến mất. Trong vòng 100 triệu năm nữa, các sự kiện địa chất đã khiến đá sa thạch nghiêng gần 90 độ, tạo ra Uluru.
Do cách hình thành, cấu trúc có thể nhìn thấy của Uluru thực sự chỉ là phần đỉnh của một phiến đá sa thạch khổng lồ. Người ta cho rằng toàn bộ quá trình hình thành tiếp tục kéo dài từ 3 đến 4 dặm dưới bề mặt trái đất. Các lớp đá sa thạch dường như chạy gần như thẳng đứng do lực nâng đã làm dịch chuyển đá. Trải qua hàng triệu năm kể từ khi hình thành, đá liên tục bị phong hóa, tạo thành các đường gờ và xương sườn.
