大阪湾は大阪平野とともに、周囲を六甲山、淡路島、金剛、生駒などの山系とその形成にかかわった断層群に取り囲まれており、湾内にも大阪湾断層、津名沖断層などの活断層が伏在している。大阪湾でも東京湾と同様に、氷期の海面低下期には、古大阪川が湾奥から紀伊水道へと流れていた。現在の大阪湾に海が侵入したのは約11,000年前で、当時の海面は現在の水深50m付近にあった。約5,000年前は、縄文海進で海面が最も高くなった時期で、現在の水準より2mも高くなっていた。