關中盆地的形成，可以追溯到約2500萬年前，當時是一個大型的內陸湖泊。隨著時間的推移，地殼運動和河流侵蝕作用逐漸將這個湖泊轉變?yōu)楝F(xiàn)在的盆地地貌。

關中盆地是喜馬拉雅運動時期形成的巨型斷陷帶，兩側為高角度正斷層，南北兩側山脈沿斷層線上升，盆地緩慢下降，形成地塹式構造平原。隨后，渭河及其支流攜帶泥沙填充淤積，第四紀松散沉積，最大厚度達7000余米，形成沖積平原。

關中盆地由幾億年前的地殼斷裂和巖層褶皺作用形成。

關中盆地形成于大約六百萬年前，地質專家認為是由黃土高原的水土流失以及陜北和渭北地殼抬升，使得渭河流域形成了這個內陸性的河流沖積盆地。
之后區(qū)域內沉積的河湖懸浮物在流水作用下不斷堆積，最終阻力下降，沉積物逐漸積累，加之渭河流域水系豐富，持續(xù)的地形變化與沉積作用共同促成了今日關中盆地的形成。