Bằng chứng địa chất học được giải đoán nhiều bởi các nhà địa chất cho thấy rằng Vịnh California được hình thành cách nay khoảng 5,3 triệu năm khi lực kiến tạo làm tách bán đảo Baja California ra khỏi mảng Bắc Mỹ.[4] Một phần trong quá trình này là đới nâng Đông Thái Bình Dương đã phát triển giữa vịnh dọc theo đáy biển. Phần kéo dài của đới nâng Đông Thái Bình Dương này thường được xem là đới tách giãn vịnh California. Vịnh này có thể kéo dài đến tận Indio, California, trừ phần châu thổ rộng lớn của sông Colorado. Châu thổ này án ngữ đường chảy ra biển làm ngập các vùng Mexicali và Imperial Valley. Hoạt động núi lửa là hoạt động chính của đới nâng đông Thái Bình Dương. Đảo Isla Tortuga là một ví dụ về núi lửa đang hoạt động.[5] Hơn nữa, các mạch nhiệt dịch do hoạt động kiến tạo liên quan đến việc dang mở rộng vịnh California, được tìm thấy ở Bahía de Concepción, Baja California Sur.[6]