For 20 000 år siden var Isfjorden en stor, glasial smelteelv mens en stor isbre fylte Adventdalen. Denne isbreen hadde for 10 000 år siden trukket seg tilbake og innover i dalen, og dagens fjord lå igjen som en utdypet bukt som stadig ble tilført smeltevann og løssmasser fra øst. Fjorden var kanskje 60 meter dypere enn i dag, senere landheving har vippet Svalbard opp og avsatte mange marine avsetninger langs fjellsidene og breddene av fjorden. Dagens vannstand er anslagsvis 5 500 år gammel. Av reduksjonen i havdybde skyldes 10–20 meter avsetning av sedimenter fra Adventdalen via Adventelva, og fra Longyeardalen via Longyearelva. Tilførselen av sedimenter er på inntil 3 000 g/m² per dag.