Chicago repose sur un soubassement rocheux datant du Silurien (entre 443,7 à 416 millions d'années) recouvert par les dépôts sédimentaires au cours de la dernière glaciation du Quaternaire ("Equality Formation"). Le lac Michigan s'est formé à la fin de la dernière ère glaciaire (glaciation du Wisconsin), il y a environ , quand l'inlandsis laurentidien recula en laissant de grandes quantités d'eau de fonte. La région des Grands Lacs fait partie de la grande dépression centrale d'Amérique du Nord s'étendant vers le sud en direction de la plaine du Mississippi. Une partie de la rive actuelle a été poldérisée avec les remblais du grand incendie de 1871. Le lac Michigan a toujours représenté une source d'eau potable et une voie de transport importante, faisant la liaison avec les autres Grands Lacs. Il a permis l'installation du port de Chicago et le développement d'activités de loisirs.