Rãnh Mariana được hình thành do sự va chạm 2 mảng kiến tạo (các mảng nổi lớn của lớp vỏ ngoài Trái Đất). Cuộc va chạm đã khiến Mảng Thái Bình Dương cũ và lớn hơn nằm dưới Mảng Mariana.

Vụ va chạm đã hình thành nên một cái rãnh hình lưỡi liềm ở dưới đáy biển và một chuỗi các đảo gần đó (Đảo Mariana hoặc Marianas). Các hòn đảo được hình thành nhờ sự phun trào núi lửa gây ra bởi sự giải phóng nước dữ dội của Mảng Thái Bình Dương.

Rãnh có chiều dài khoảng 2.550 km (1.580 dặm) nhưng chiều rộng trung bình chỉ vào khoảng 69 km (43 dặm). Phần đáy của rãnh này thấp dưới mực nước biển một khoảng cách lớn hơn nhiều khi so với đỉnh Everest ở trên mực nước biển.

Biển này được hình thành cách đây khoảng 30 triệu năm trước do sự tách ra của châu Phi khỏi bán đảo Ả Rập. ... Theo các nhà địa chất thì đôi khi trong thời gian của phân đại Đệ Tam eo biển Bab el Mandeb đã từng bị đóng kín và Hồng Hải khi đó đã là một đầm lầy nước mặn khô và nóng.