Alkuperäisen väestön Uluruksi ja Australiaan muuttaneiden eurooppalaisten Ayers Rockiksi nimeämän kallion historia ulottuu noin 550 miljoonan vuoden taakse. Silloin joet kuljettivat sen hiekan, josta muodostelma syntyi, Petermannin vuoristosta tasangolle.
Kun merenpinta nousi 50 miljoonaa vuotta myöhemmin, tasanko jäi veden alle ja meren ja merenpohjan kerrostumien paine puristi hiekasta hiekkakiveä.
Eri puolilla maailmaa on Ulurun kaltaisia valtavia kiviä, joita geologit nimittävät monoliiteiksi. Nigerian pääkaupungin Abujan lähistöllä on Zumaksi kutsuttu kivi, joka kohoaa 745 metriä ympäristöään korkeammalle ja on siten kaksi kertaa niin korkea kuin Uluru.
Punainen väri on myöhempää perua
300–400 miljoonan vuoden takaiset maankuoren laattojen liikkeet kohottivat Ulurun ympäristön merenpinnan yläpuolelle ja poimuttivat sen vuoriksi ja laaksoiksi. Uluru kääntyi pystyyn, ja ajan mittaan se ja sitä ympäröivä kallio- ja maaperä kuluivat.
Ulurun hiekkakivi on kuitenkin kestänyt ympäristötekijöitä melko hyvin, ja siksi se on vieläkin 348 metriä korkea maanpinnasta mitattuna.
Uluru hehkuu punaisena, kun auringonsäteet osuvat sen pinnan ruosteisiin rautayhdisteisiin.