Les points marquant du développement de la baie d’Halong pendant les 1 000 dernières années sont les suivantes: avancement de la mer qui a aplani les plaines, purification de l’eau, apparition du sel et développement des récifs coralliens. L’érosion de l’eau de mer sculpta plus profondément la pierre. L’actuelle baie d’Halong est le résultat d’une longue évolution géologique, composée de plusieurs différents facteurs, parmi lesquels le plus remarquable est la formation d’un contour de calcaire de plus de 1 000 mètres d’épaisseur lors des périodes carbonifère et permiennes (340-240 millions d’années). La formation de dépression lors de l’ère néogène (il a de cela 26-10 millions d’années), l’érosion qui forma une plaine de calcaire, plus active lors du quaternaire pléistocène (2 millions-11 000 années), et l’avancement de la mer au milieu de l’époque holocène.

Le touriste en visite à la baie d’Halong ne vient donc pas seulement admirer des merveilles de la nature, mais également un musée géologique de grande valeur, préservé depuis 300 millions d’années. Les grottes, en particulier, sont des témoins privilégiés de la formation de la baie d’Halong à travers diverses époques.
Au début de la période cambrienne (il y 570-500 millions d’années), la baie d’Halong était principalement une zone terrestre, soumise au processus d’érosion. À la fin de l’ère cambrienne, en raison de l’avancement de la mer, les terres furent inondées: ce fut le tout début de la formation de la baie d’Halong.
Pendant les périodes ordovicienne et silurienne (il y a 500-400 millions d’années), le territoire d’Halong et la région du Nord-Est du Vietnam étaient recouverts d’une mer profonde, soumise aux activités des plaques tectoniques. Leur activité constante fit reculer la mer. Ainsi se forma la strate Cô Tô, d’une épaisseur de 2 000m, contenant plusieurs fossiles.
À la fin de la période silurienne, cette zone subit une phase inverse d’activité; des montagnes se formèrent dans les eaux profondes. À partir de la fin de la période silurienne, et pendant toute la période dévonienne (il y a 420-340 millions d’années), le territoire d’Halong fut une région montagneuse soumise à une érosion très forte dans ce climat chaud et sec. Halong devint ensuite une partie de la vaste terre Katania, qui comprend presque toute la zone maritime de la Chine. À la fin de la période dévonienne, en raison de l’activité tectonique hasinienne, la mer se retira du territoire d’Halong et de la région du Nord-Est.
Durant l’ère paléolithique supérieure (périodes carbonifère et permienne), qui s’étendit entre 340 et 240 millions d’années, une mer chaude et peu profonde envahit les plaines à nouveau. Durant les 100 millions d’années d’existence de cette mer, deux sortes de formation calcaire apparurent. Elles puisaient leurs origines chimiques et biologiques dans le contour de l’île de Cát Bà durant la période carbonifère (450 m d’épaisseur) et de celui de Quang Hanh au milieu de l’ère carbonifère (750 m d’épaisseur). Ces deux contours constituent la majorité des îles de la baie d’Halong.
Durant les premières périodes de l’ère contemporaine (67 millions d’années), la baie d’Halong se forma dans un environnement montagneux. Au milieu de l’ère paléogène, les mouvements étaient stables et continus, mais l’érosion importante. Après des millions d’années d’érosion, de hauts plateaux, apparurent et furent progressivement découpés en morceaux ayant des altitudes similaires aux montagnes d’aujourd’hui.
Lors de l’ère quaternaire, le calcaire s’éroda fortement dans la région montagneuse d’Halong. Les îles de calcaire de la baie sont donc les restes de ces montagnes érodées, puis inondées par la mer holocène. L’ère pléistocène fut témoin de la formation des grottes de la baie d’Halong, créées à des altitudes variant entre 10 et 25 m. L’eau commença dès le début à inonder les fissures de calcaire créées par les activités tectoniques.
Le processus chimique d’érosion par l’eau de pluie continua d’élargir les fissures du calcaire, créant ainsi grottes et cavernes. Lors de l’ère pléistocène (700 000-11 000 années), la mer, déjà assez avancée, créa la baie d’Halong.
Au début de l’ère holocène, le niveau de la mer augmenta encore, replongeant Halong dans son état marécageux, sillonné par des canaux encore plus étroits qu’auparavant, forgeant les vallées actuelles.
Durant la période holocène (11 000 - 7 000 dernières années), la baie est encore une zone continentale. Il y a de cela environ 4 000-3 000 ans, la baie d’Halong atteignit sa forme actuelle. Avec le recul de la mer, la culture Ha Long eut la chance de se développer.