長野盆地付近から信濃川に沿って、新潟県に延びる活断層帯の信濃川断層帯（長野盆地西縁断層）がある。盆地の西側では戸狩から飯山（以上、飯山市）、豊野、吉田、城山（じょうやま）・善光寺、妻科（長野県庁付近）、安茂里、篠ノ井（以上、長野市）と続く直線的な急崖によって区切られる。この急崖は盆地西縁に連続する活断層の集合体であり、断層は北西側が隆起、南東側が沈降を続け千曲川が東側に追いやられている。長野市の中心市街地は裾花川と、市街地北側の大峰山西側から流れ出す湯福川、大峰山北東側から流れ出す浅川、の作る扇状地上に展開するが、この活断層群の存在によって段丘状の地形をなしている。1847年（弘化4年）に発生し善光寺平一帯に大きな被害をもたらした善光寺地震はこの長野盆地西縁断層（小松原断層）を震源として起きた地震であり、地震による断層の変位が篠ノ井から飯山までの50kmにわたって見られたと言われる。活断層の活動は東側で新しく、中野市西部で千曲川の右岸に高丘丘陵と長丘丘陵を形成して、千曲川の河谷と長野盆地とを分けている。すなわち、ここでは千曲川の流路がほぼ現在の位置に固定した後、活断層の動きの蓄積によって高丘・長丘の両丘陵が隆起した結果、千曲川が長野盆地を外れてわざわざ丘陵西側の峡谷を選んで流れているように見えるのである。高丘丘陵南側の延徳低地（中野市）は、活断層の沈降側に当たり、千曲川本流の狭窄部への入口となっている事と北東側を夜間瀬川扇状地に遮られるために排水が悪く、古来水害常襲地となっている。
犀川流域および小田切背斜の裾花凝灰岩層の一部からは、商業生産できる量ではないが、原油、天然ガス、亜炭が産出する。日本の近代的石油工業発祥の地で、かつて、1871年頃より太平洋戦争直後帝国石油などがガスの採掘を行っていた。この含油層は現在でも採掘されている新潟県、秋田県沖の日本海の油井ともつながっている。
盆地西側の山地の隆起と千曲川と流入する小河川の双方による浸食と堆積により形成され、堆積物は非常に厚く1988年長野市権堂町で行われた温泉掘削に伴う地下の扇状地堆積物層の厚み調査では、765mまで掘削したが盆地底まで到達していない、これは他の地域とも比べ非常に深い。しかし、ここの地表からマグマに達するまでの地殻の厚さはわずか5kmと言う人がいる（世界で最も厚い所では約600km、平均で約60kmと言われる）。善光寺地震の周期はボーリング調査などにより1,000年に一度とされているので、盆地西側の地盤は、善光寺地震の際に2m程度隆起した。1年あたりの変動量は、2000mm÷1000年で2mmである。地下の遺構として約4,000年前の縄文土器が、長野市街地では6mの地下から、盆地南部の千曲市は4m地下から出土している。このことから長野盆地での年間埋め立て量は、4000mm÷4000年で、1mm/年間の速さで進行している事になる。この隆起と埋め立て量の差から、1mm/年間の速度で相対的に西山地区が隆起している、現在の長野盆地と西山地区との高低差は300m前後であるから、長野盆地の発生は300000mm÷1mm/年間、つまり、300000年（30万年）と言うことになる。山地側も隆起量と比例し風化などで削られるため、実際の開始時期はもっと早い時期であったと考えられる。
1840年代初期以降、大陸横断鉄道の話題が検討されていた。特にどの経路を採るかという具体化に関する議論がある中で、そのような鉄道は公有地の認可と民間資本によって建設されるべきということについては大衆の了解があった。1845年、アメリカ合衆国下院議員として最初の任期を務めていたスティーブン・ダグラスが、シカゴを東の終点とする鉄道を建設する第1段階として公式にネブラスカ準州を編入する計画を提出したが成功しなかった。鉄道の提案は、シカゴ（イリノイ州）、セントルイス（ミズーリ州）、クインシー (イリノイ州)、メンフィス (テネシー州)およびニューオーリンズ（ルイジアナ州）といった都市が建設の出発点となるべく競合する中で、その後の議会会期に提出され議論が続くことになった。1852年遅くと1853年初期に幾つかの提案が強い支持を得たが、鉄道を北寄りで通すか南寄りで通すかという議論のために最終的には失敗だった。1853年初期、下院はアイオワ州とミズーリ州の西の土地にネブラスカ準州を創設すると言う議案に対して107対49という票決で成立させた。3月、法案は当時上院議員になっていたダグラスが主管する上院準州委員会に移された。ミズーリ州選出の上院議員デイビッド・アチソンが、奴隷所有者が新しい準州で禁止されないならば、ネブラスカ提案を支持すると宣言した。奴隷制はミズーリ妥協の条件で禁じられるはずだったために、法案は奴隷制問題については触れていなかった。他の南部州選出上院議員達はアチソンほど柔軟ではなかった。上院は法案を棚上げする採決を行い、ミズーリ州より南の州の議員が全て棚上げに賛成したために23対17で可決された。上院が休会になっている間、アチソンが強力なトマス・ベントンに対抗して再選のための選挙運動を行っていくにつれて、鉄道とミズーリ妥協の撤廃の問題がミズーリ州政界でもつれたものになった。アチソンは敵対する州内鉄道利権とやはり敵対する州内奴隷所有者の間での選択に翻弄された。最終的にアチソンはネブラスカが自由土地を標榜する者達による席捲を許す前に「地獄に落ちるまで」ネブラスカの面倒を見るという立場を選んだ。この時代、連邦議会議員は一般に、議会に出席する為に首都に居る時は下宿を居所としていた。アチソンはF通りの下宿を借りて、議会における指導的南部出身議員と同居していた。アチソン自身は上院仮議長であり、同じ下宿にはロバート・T・ハンター（バージニア州選出、財務委員会委員長）、ジェイムズ・メイソン（バージニア州選出、外交問題委員会委員長）およびアンドリュー・P・バトラー（サウスカロライナ州選出、司法委員会委員長）がいた。議会が12月5日に招集されたとき、この「F通りの集まり」と呼ばれたグループとバージニア州選出のウィリアム・O・グッドが、ネブラスカに奴隷所有者の平等を主張する核を形成した。ダグラスは彼らの意見とその力を知っており、彼らの関心に呼びかける必要があると分かった。アイオワ州選出の上院議員オーガスタス・C・ドッジが即座に前の会期で止まっていたのと同じネブラスカ編入法案を提案し、12月14日にダグラスの委員会に諮問された。ダグラスは南部議員の支持を得られることを期待し、1850年協定で作られたのと同じ原則がネブラスカにも適用されると宣言した。1850年協定ではユタ準州とニューメキシコ準州が奴隷制を拘束しないままで編入されており、ダグラスの多くの支持者達はこの協定で既にミズーリ妥協を破棄させたと主張した。しかしこれらの準州はネブラスカとは異なり、ルイジアナ買収の一部ではなく、ミズーリ妥協に該当するものでもなかった。