[[File:Mount-mulligan-cape-york.JPG|thumb|[[Gunung Mulligan, Queensland|Gunung Mulligan]], [[Kawasan Mineral Hodgkinson Mineral|Medan Emas Hodgkinson]]]]
Semenanjung ini dibentuk dari bahagian utara Perbatasan[[Banjaran PembahagianPemisah Besar]], dilipat semasa [[Carboniferousyang |dilipat Carboniferouspada periodzaman [[Carboniferous]] kira-kira 300 juta tahun yang lalu, ketika Australia bertembung dengan apa yang sekarang menjadi bahagian Amerika Selatan dan New Zealand. Jangkauan ini telah mengalami hakisan yang ketara sejak itu.
Sekitar 40 juta tahun yang lalu, [[Plat Indo-Australian Plate Australia|plat tektonik Indo-Australia]] mula berpecah daripada [[supercontinentsuperbenua]] [[Gondwana] purba]. Ketika ia bertembung dengan [[PasifikPlat PlatePasifik]] pada perjalanannya ke utara, gunung-gunung tinggi di tengah [[New Guinea]] muncul sekitar 5 juta tahun yang lalu.<ref name=Frith /> Di kawasan zon perlanggaran ini, pembentukan batu purba yang sekarang menjadi Semenanjung Cape York kekal tidak terganggu.
Sepanjang zaman [[PleistocenePleistosen]], Australia dan New Guinea secara berselang-selibergantian tanahdihubungkan dikaitkandengan tanah dan dipisahkan oleh air. Semasa tempoh [[glasier|glasiasi]] dan menghasilkan paras laut yang rendah, TanjungSemenanjung YorkCape PeninsulaYork menyediakan pautansambungan tanah rendah.<ref name=Mackey /> Satu lagi pautansambungan wujud di antara Arnhem Land dan New Guinea, yang kadang-kadang melampirkan sebuah tasik air tawar yang besar (LakeTasik Carpentaria) di tengah-tengah apa yang sekarang menjadi Teluk Carpentaria.<ref name=Woinarski /> Australia dan New Guinea masih terhubung dengan cara ini sehinggasehinggalah [[TorresSelat StraitTorres]] yang cetek kali terakhir telah dibanjiri sekitar 8,000 tahun yang lalu.<ref name=Mittermeier />
