Toàn bộ hòn đảo São Tomé là một núi lửa hình khiên khổng lồ nổi lên từ đáy của Đại Tây Dương, trên 3.000 m (10.000 ft) dưới mực nước biển. Nó được hình thành dọc theo tuyến Cameroon, một tuyến gồm các núi lửa kéo dài từ tây nam Cameroon đến Đại Tây Dương. Hầu hết dung nham phun trào tại São Tomé trên triệu năm qua tạo thành bazan. Đá trẻ nhất trên đảo có khoảng 100.000 năm tuổi, nhưng nhiều bọt đá gần đây được tìm thấy ở phía đông nam của đảo.