Hoạt động núi lửa trong khu vực diễn ra khoảng 40 triệu năm trước vào thế Eocen đã tạo thành phần nhiều cảnh quan mà sông Columbia chảy qua. Vào thế Pleistocen (thời kỳ băng hà gần đây, 2 triệu đến 700.000 năm trước đây), con sông đã xuyên phá được dãy núi Cascade hình thành hẻm núi sông Columbia.[15]

Con sông cùng với lưu vực nhận nước của nó đã trải qua một số trận lụt vĩ đại của thế giới được biết đến về cuối thời kỳ băng hà gần đây. Sự tan định kỳ các đập băng ở hồ băng Missoula tạo ra lượng nước gấp 10 lần lượng nước chảy của tất cả các con sông trên thế giới cộng lại cũng như gấp 40 lần trên khoảng thời gian 1.000 năm.[16]

Các mực nước trong các trận lụt Missoula đã được ước tính vào khoảng 381 m (1.250 ft) tại hẻm Wallula, 253 m (830 ft) tại đập Bonneville, và 122 m (400 ft) trên Portland, Oregon ngày nay.[17] Sự tràn ngập nước định kỳ từ các trận lụt trên vùng thấp hơn của cao nguyên sông Columbia đã tích tụ nhiều trầm tích dưới các hồ tạo nên lớp phù sa giàu khoáng chất giúp cho nông nghiệp phát triển thời nay. Chúng cũng hình thành nhiều đặc điểm địa chất bất thường như vùng đất bị xâm thực có nhiều kênh tự nhiên ở Đông Washington.