Der Uluru begann sich vor über 550 Millionen Jahren zu bilden, als sich Sand, der aus den Peterman Ranges erodierte, zu dicken Ablagerungen aufbaute. Etwa 50 Millionen Jahre später wurden diese Ablagerungen durch das Gewicht eines Meeres, das schließlich verschwand, zu Sandstein zusammengepresst. Innerhalb weiterer 100 Millionen Jahre ließen geologische Ereignisse den Sandstein um fast 90 Grad kippen, was zum Uluru führte.
Aufgrund seiner Entstehung ist die sichtbare Struktur des Uluru eigentlich nur die Spitze einer riesigen Sandsteinplatte. Es wird vermutet, dass sich die gesamte Formation 3 bis 4 Meilen unter der Erdoberfläche fortsetzt. Die Sandsteinschichten scheinen aufgrund der Hebung, die das Gestein verschoben hat, fast vertikal zu verlaufen. Im Laufe der Millionen von Jahren seit seiner Entstehung hat das Gestein ständig verwittert und Grate und Rippen gebildet.
