Ayers Rock, of Uluru, zoals hij vandaag de dag heet, heeft een complexe geologische geschiedenis. Vroeger werd Uluru wel als de grootste vrijstaande steen ter wereld beschouwd, maar hij blijkt in de aarde te zijn verankerd tot zes kilometer diepte.
Circa 550 miljoen jaar terug lag er een bergketen van graniet, Petermann Ranges, ten westen van Uluru. Dit gebergte sleet langzaam af, en het water voerde grote hoeveelheden sediment, vooral zand, naar het oosten. De sedimentlaag was ten slotte vele kilometers dik. Zo’n 500 miljoen jaar geleden werd het gebied overstroomd door de zee. Mariene afzettingen persten het zand van de Petermann Ranges samen tot een soort zandsteen die arcose wordt genoemd.
De zee verdween echter weer, en sterke geologische krachten plooiden en kantelden tegelijk het zandsteen, dus de geologische laag die nu Uluru vormt, kwam op z’n kant te staan. Wind en weer erodeerden laag na laag weg. Naarmate het zandsteen dat later Uluru zou vormen, echter massiever werd, sleet het minder snel weg en vormde het een eilandberg.
Nu verrijst Uluru 348 meter boven het zand in de Simpsonwoestijn. Van bovenaf gezien is de oorspronkelijke 550 miljoen jaar oude geologische gelaagdheid goed zichtbaar, vooral ook doordat de regen er diepe geulen in heeft uitgesleten.