Dalen ble omsluttet av Coast Ranges som opprinnelig åpnet mot Monterey Bay. Forkastninger flyttet disse fjellene, og en ny åpning utviklet seg ved dagens San Francisco Bay. Over tid ble dalen fylt av sedimenter fra Coast Ranges og Sierra Nevada, noe som resulterte i en svært flat dalbunn. Før byggingen av vannkontroll- og akveduktsystemet i California, ble store deler av dalen oversvømt av smeltevann.