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A floresta provavelmente se formou durante o período Eoceno. Ela apareceu na sequência de uma redução global das temperaturas tropicais do Oceano Atlântico, quando ele tinha alargado o suficiente para proporcionar um clima quente e úmido para a bacia amazônica. A floresta tropical tem existido por pelo menos 55 milhões de anos e a maior parte da região permaneceu livres por biomas do tipo savanas por, pelo menos, até a Era do Gelo Atual, quando o clima era mais seco e as savanas mais generalizadas.[4][5]
Após o evento da Extinção Cretáceo-Paleogeno, a subsequente extinção dos dinossauros e o clima mais úmido permitiram que a floresta tropical se espalhasse por todo o continente. Entre 65-34 milhões de anos atrás, a floresta se estendia até o sul do Paralelo 45 S. Flutuações climáticas durante os últimos 34 milhões anos têm permitido que as regiões de savana se expandam para os trópicos. Durante o período Oligoceno, por exemplo, a floresta tropical atravessou a faixa relativamente estreita que ficava em sua maioria acima da latitude 15 °N. Expandiu-se novamente durante o Mioceno Médio e, em seguida recolheu-se a uma formação na maior parte do interior no último máximo glacial.[6] No entanto, a floresta ainda conseguiu prosperar durante estes períodos glaciais, permitindo a sobrevivência e a evolução de uma ampla diversidade de espécies.[7]
Durante Mioceno Médio acredita-se que a bacia de drenagem da Amazônia foi dividida ao longo do meio do continente pelo Arco de Purus. A água no lado oriental fluiu para o Atlântico, enquanto a água à oeste fluiu em direção ao Pacífico através da Bacia do Amazonas. Com o crescimento do Andes, no entanto, uma grande bacia foi criada em um lago fechado, agora conhecida como a Bacia do Solimões. Dentro dos últimos 5-10 milhões de anos, esta acumulação de água rompeu o Arco de Purus, juntando-se em um fluxo único em direção ao leste do Atlântico.[8][9]
Há evidências de que tenha havido mudanças significativas na vegetação da