Đồng bằng châu thổ Bắc Bộ được hình thành chủ yếu bởi sự bồi đắp của hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình. Theo các nghiên cứu địa chất, cách đây khoảng 200 triệu năm, vào cuối đại Cổ sinh, lớp đá kết tinh cổ, loại nền đá ở vùng Đông Bắc, bị sụt xuống. Vào thời đó, biển lên đến quá Việt Trì ngày nay, tiến sát các vùng đồi Bắc Giang, Bắc Ninh, Phúc Yên, Nho Quan. Sau đó, do tác động của các yếu tố địa chất, khí hậu, biển bắt đầu rút dần, để lại một vùng đất trũng, thấp. Sông Hồng và sông Thái Bình bắt đầu phát triển, mang theo lượng phù sa khổng lồ bồi đắp lên vùng đất trũng này. Theo thời gian, vùng đất trũng ngày càng được nâng cao, mở rộng, trở thành đồng bằng châu thổ Bắc Bộ ngày nay. Sự hình thành của đồng bằng châu thổ Bắc Bộ trải qua ba giai đoạn chính:

+ Giai đoạn đầu tiên (từ khoảng 8-9 nghìn năm trước): Đồng bằng châu thổ chỉ mới hình thành ở một số vùng ven sông, chủ yếu là vùng hạ lưu sông Hồng.
+ Giai đoạn thứ hai (từ khoảng 6-7 nghìn năm trở lại đây): Đồng bằng châu thổ phát triển mạnh mẽ, lấn dần ra biển.
+ Giai đoạn thứ ba (từ khoảng 2000 năm trở lại đây): Đồng bằng châu thổ tiếp tục phát triển, lấn ra biển khoảng 20-30km.
Hiện nay, đồng bằng châu thổ Bắc Bộ có diện tích khoảng 15.000km2, nằm ở phía Bắc và Đông Bắc của Việt Nam. Đồng bằng có địa hình thấp và bằng phẳng, dốc thoải từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ độ cao 10-15m giảm dần đến độ cao mặt biển. Đồng bằng châu thổ Bắc Bộ là vùng đất màu mỡ, phì nhiêu, là vựa lúa lớn nhất của Việt Nam. Đồng bằng cũng có nhiều tài nguyên thiên nhiên khác như than đá, dầu mỏ, khí đốt,... Đồng bằng châu thổ Bắc Bộ có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế-xã hội của đất nước.