Архипелагът е с вулканичен произход, известен преди всичко с катастрофалното вулканично изригване, станало там в края на XVII или през XVI век пр. Хр. Преди това изригване бреговата линия на Санторини е била почти правилна окръжност, получена в резултат на вулканичните изригвания, довели до образуването на острова. При изригването на вулкана в централната част на Санторини се образува купол, който пропада и формира днешния кратер (по-точно калдера), запълнен с морска вода. Следи от чудовищната експлозия са открити в Египет и по цялото източно крайбрежие на Средиземно море. И днес на малкия остров Неа Камени, който се намира в калдерата, има активен вулканичен кратер.