Uluru começou a se formar há mais de 550 milhões de anos, quando a areia, erodida da cordilheira Peterman, se formou em depósitos espessos. Cerca de 50 milhões de anos depois, esses depósitos foram comprimidos em arenito pelo peso de um mar que acabou desaparecendo. Em outros 100 milhões de anos, eventos geológicos fizeram com que o arenito se inclinasse quase 90 graus, resultando em Uluru.
Devido à forma como foi formada, a estrutura visível de Uluru é realmente apenas a ponta de uma enorme laje de arenito. É teorizado que toda a formação continua por 3 a 4 milhas sob a superfície da Terra. As camadas de arenito parecem correr quase na vertical por causa da elevação que deslocou a rocha. Ao longo dos milhões de anos desde a formação, a rocha sofreu erosão continuamente, formando sulcos e nervuras.
