تتكون شبه الجزيرة العربية عمومًا من كتلة متبلورة قديمة تسمى الدرع العربي، وطبقات رسوبية تسمى بالرف العربي تشكلان معًا صفيحة قارية، وقد تشوهت هذه الصخور وتحولت بسبب الحركات التكتونية التي تعرضت لها الصفيحة، إضافة إلى اندساسات ضخمة من الصخور الجوفية (بلوتونية)، وكانت تتصل بإفريقية بوصفها جزءًا من الدرع النوبي الإفريقي في زمن ما قبل الكمبري. وتمكنت قوى التحات من تسوية سطح الدرع العربي وتحويله إلى ما يشبه السهل في أواخر زمن ما قبل الكمبري. وفي بداية العصر الكمبري تكوَّن بحر تِثِس (Tethys)؛ وهو حوض رسوبي كان يغطي مساحات واسعة، ويمتد من تركيا إلى جنوب غرب إيران مارًا بشمال العراق. وقد تراكمت آلاف الأمتار من الرواسب القارية والبحرية في هذا البحر خلال أزمنة الباليوزي (حقب الحياة القديمة) والميسوزوي (حقب الحياة المتوسطة) وأوائل العصر الكينوزوي (حقب الحياة الحديثة)، مسببة انخفاضًا بطيئًا في قاع بحر تِثِس، كما نشأت البحار فوق القارية بين بحر تِثِس وشبه الجزيرة العربية، وامتدت فوق الأجزاء الشرقية من شبه الجزيرة العربية مرسبة طبقات مسطحة ومستوية تقريبًا ترجع في أعمارها إلى الزمن الباليوزوي والميسوزوي وأوائل العصر الكاينوزوي. واستقرت في الداخل ترسبات من أصل قاري، وكان خط الساحل يرتفع وينخفض بين فترة وأخرى، استجابة لحركات رأسية طفيفة تحت الترسبات أحدثت عدم توافق طبقي  

 

وفي أواخر العصر الكريتاسي (ثالث أدوار حقب الحياة الوسطى وآخرها)، التوت الطبقات الرسوبية البحرية ذات السمك الكبير في قاع بحر تِثِس في شكل ثنيات عظمية نتيجة لحركات نشوء الجبال التي بدأت في تقليص بحر تِثِس، وقد نشأت سلسلة جبال الألب والهملايا خلال هذه المرحلة الأولى من مراحل حركات نشوء الجبال. وبدأت المرحلة الثانية في أواخر الزمن الثالث، وسببت ارتفاع صخور الحوض الرسوبي العظيم، وقد بلغت أوجها بتكوُّن جبال طوروس وزاجروس وعُمَان، ومالت شبه الجزيرة العربية نتيجة لهذه الحركات التكتونية. وأثناء هذه الحركات انفصلت شبه الجزيرة العربية عن الدرع الإفريقي مكونة البحر الأحمر خلال منتصف الزمن الثالث، كما مالت الطبقات الرسوبية في شبه الجزيرة العربية إلى الشرق والشمال الشرقي، وظهرت فيها التحدبات نتيجة لتلك الحركات، وبدأت الصفيحة العربية بعد ذلك في التحرك البطيء تجاه الشمال الشرقي مزاحمة طرف الصفيحة الآسيوية، وصاحب هذا الانفصال أنشطة بركانية على طول الطرف الغربي لشبه الجزيرة نتج منها تدفق اللابة التي تسمى آثارها (حرَّات)  .

تعد منطقة الحدود الشمالية جزءًا من الرف العربي الذي ينقسم إلى عدد من الوحدات البنيوية المتميزة، وهي بالتحديد الطبقات الداخلية المتماثلة الميل، والرصيف الداخلي، وعدة أحواض  .