Vermutlich entstand der Erdbegleiter, als vor 4,4 bis 4,5 Milliarden Jahren ein planetarer Körper etwa von der Größe des Mars mit der noch jungen, aber schon in Kruste, Mantel und Kern differenzierten Erde kollidierte. Dabei schmolzen und verdampften große Mengen des Erdmantels und wurden ins All geschleudert. Dieses Material rekondensierte und sammelte sich in einem Ring um den Äquator der Erde. Durch Akkretion (also gravitationsbedingtes Aufsammeln von Materie) der Teilchen in dieser Scheibe aus Staub und Gesteinspartikeln entstand und wuchs der Mond in wenigen Millionen Jahren zu seiner heutigen Größe.

Im Wesentlichen war die geologische Entwicklung des Mondes schon relativ früh abgeschlossen. Durch das kontinuierliche Bombardement des jungen Mondes durch Asteroiden und Kometen, sowie dem Zerfall von Wärme produzierenden radioaktiven Elementen in seinem Inneren kam es in der Frühphase des Mondes zur Ausbildung eines mehrere hundert Kilometer mächtigen globalen Magmaozeans. Das Abkühlen dieses Magmaozeans nach der Abnahme des Bombardements und des radioaktiven Zerfalls führte zur Kristallisation einer Reihe von gesteinsbildenden Mineralen. Zunächst sank metallisches Eisen in die Tiefe und bildete einen kleinen, nur wenige hundert Kilometer großen Kern. Dann kristallisierten schwere magnesium- und eisenreiche Minerale, die ebenfalls nach unten sanken und einen Mantel bildeten. Schließlich kam es zur Bildung einer ersten Kruste aus leichten, kalzium- und aluminiumreichen Silikaten. Aufgrund ihrer geringen Dichte trieben diese sogenannten anorthositischen Feldspäte in diesem mittlerweile fast vollständig erstarrten Magmaozean zur Oberfläche auf und erstarrten zur primären Kruste der lunaren Hochländer.

Zentralberg des Kraters Tycho bei niedrigem Sonnenstand in sehr hoher Auflösung. (© NASA/GSFC/ASU)Zentralberg des Kraters Tycho bei niedrigem Sonnenstand in sehr hoher Auflösung. (© NASA/GSFC/ASU)Elemente, wie z. B. Kalium, Uran, Thorium, Phosphor und einige Seltene Erden, die nur schwer in die Kristallgitter der gesteinsbildenden Minerale eingebaut werden können, sammelten sich an der Basis der feldspatreichen Kruste. Ein teilweises Wiederaufschmelzen des Mantels führte letztlich zum Aufsteigen eisen- und magnesiumreicher silikatischer Magmen, die heute als Basaltgestein die Maregebiete bedecken. Insgesamt ist der Mond ein vollständig differenzierter, also ein nur wenig primitiverer Körper als die Planeten des inneren Sonnensystems, weil er wie diese einen Kern, einen Mantel und eine Kruste besitzt. Noch nicht geklärt ist, warum die Mondkruste auf der Rückseite deutlich mächtiger ist als auf der Mondvorderseite.

Im Zeitraum von vor etwa 4,3 bis 3,8 Milliarden Jahren formten häufige und sehr heftige Einschläge von Meteoriten und Asteroiden das Antlitz des Mondes. Die größten Einschläge drangen so tief in die Kruste ein, dass der Aufstieg basaltischer Laven erleichtert wurde und diese an der Oberfläche austreten konnten. Die riesigen Einschlagbecken füllten sich Im Zeitraum von mehreren hundert Millionen Jahren mit den gegenüber den Hochlandgesteinen dunkleren Basalten. Beobachter auf der Erde vermuteten in den dunklen Flächen mit Wasser gefüllte Meere, und so erklärt es sich, dass die Basaltfüllungen der Einschlagbecken noch heute als „Meere“ (lat. Mare) bezeichnet werden, wie das Mare Imbrium, das Mare Serenitatis oder der Oceanus Procellarum.

Die vulkanische Entwicklung war vor etwa drei Milliarden Jahren so gut wie abgeschlossen, nur noch vereinzelt erreichten Magmen bis vor ca. einer bis anderthalb Milliarden Jahren die Mondoberfläche. Seither ist der Mond zumindest an der Oberfläche ein geologisch nahezu inaktiver Körper, der infolge seiner geringen Anziehungskraft keine Atmosphäre aus flüchtigen Gasmolekülen an sich binden konnte und keine größeren Wassermengen aufweist. Allerdings lassen Daten der in den Jahren 1997 bis 1999 den Mond umkreisenden Sonde Lunar Prospector vermuten, dass sich in den tiefen, permanent abgeschatteten Kratern an Nord- und Südpol im Mondboden eine nicht unbeträchtliche Menge Wassereis befindet. Die detaillierte Untersuchung dieser möglichen Wassereisvorkommen war auch das Ziel mehrerer internationaler Mondmissionen der letzten Jahre. Mit Spektrometern an Bord der indischen Mission Chandrayaan-1, dem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) und dem Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) der NASA konnten nicht nur die Eisvorkommen in tiefen polaren Kratern bestätigt werden, sondern es wurde auch Wasser gefunden, das in Mineralen und dem Regolith über den ganzen Mond verteilt ist – allerdings in nur sehr geringer Konzentration.