Das Oberrheingebiet ist eine ca. 300 km lange und durchschnittlich 40 km breite geotektonische Grabenstruktur, deren Entwicklung vor ca. 45 Mio Jahren (im Tertiär) mit einer flachen Aufwölbung der Erdkruste begann. In der Folge zerbrach sie in mehrere schollenartige Bruchstücke, die sich in verschiedenen Phasen absenkten, während z.B. der Schwarzwald und die Vogesen herausgehoben wurden. Im Laufe der Zeit wurde der ständig absinkende Graben durch Abtragungsschutt und marine Sedimente, als Folge von Meeresüberflutungen, schrittweise wieder etwas verfüllt. Die tektonischen Bewegungen gehen auch in der Gegenwart noch weiter: Zwischen 0,1 und 1 mm senkt sich das Oberrheinische Tiefland alljährlich ab. Kleinere Erdbeben, die die Spannungen in der Erdkruste ausgleichen, sind hier nicht selten
Die heutige Nördliche Oberrheinniederung wurde im wesentlichen durch die Überflutungsvorgänge der ehemaligen Mäanderzonen des Rheins gebildet. Der Fluß durchfloss über Jahrtausende hinweg das mit geringem Gefälle ausgestattete Gebiet in weitausgezogenen Schlingen und verlagerte dabei sein Bett ständig. Mit der Rheinkorrektion (1817 bis 1870) wurden die natürlichen Prozesse beendet. Der Fluß wurde weitgehend kanalisiert, die Ufer zum Teil verbaut und das Gefälle erhöht.
Der Untergrund der Nördlichen Oberrheinebene besteht hauptsächlich aus grundwassergefüllten Kiesen und Sanden. An der Oberfläche haben sich feinsandige und lehmige Aueböden im Wechsel mit organischen Nassböden ausgebildet. Die Oberfläche wird von einem feinen Reliefmosaik aus ebenen Flächen, flachen Rücken, Mulden, scharf begrenzten Senken und Altwasserarmen begrenzt.