Bản đảo là phần nhô lên của nền Yucatán lớn hơn, tất cả đều gồm có đá cacbonat và đá hòa tan, chủ yếu là đá vôi song dolomit và evaporit cũng hiện diện ở các độ sâu khác nhau. Toàn bộ bán đảo Yucatán là một vùng cảnh quan karst bằng phẳng không bị giới hạn. Các hố đất sụt, được gọi là cenote, khá phổ biến tại các vùng đất thấp phía bắc.[5]

Theo giả thuyết Alvarez, các loài khủng long đã tuyệt chủng hàng loạt trong quá trình chuyển đổi từ kỷ Phấn trắng sang kỷ Cổ Cận, được gọi là ranh giới kỷ Phấn trắng-kỷ Cổ Cận (ranh giới K–T), 65 triệu năm trước đây và nguyên nhân là do đã có một tiểu hành tinh va chạm với một nơi nào đó tại bồn Caribe lớn. Hố Chicxulub nằm ở ngoài khơi bờ biển phía bắc của bán đảo gần thị trấn Chicxulub.