火星的形成可以追溯到約45億年前，當時太陽系還處於一片塵埃與氣體的混合物中。這些物質逐漸凝聚形成比較大的物體，即行星原始體。隨着物質的凝聚和行星原始體的變大，它們開始分化出行星的不同部分，如核心、地殼和大氣層。火星的外部大氣層因阻擋了太陽能量而導致溫度降低，進而使水冰沉積在火星北極附近形成了大片的冰蓋。
在太陽系形成初期，木星的質量非常大，它所形成的巨大引力場引導着行星原始體凝聚成火星這樣的小行星。溫度足夠高時，星子被融化並重新形成球體，重元素沉澱到中心，輕元素上升到表面，最終形成了一箇鐵的中心核，外麪包裹着熔岩的脈，最外面是一層固體的殼，類似地球的結構。
隨着時間的推移，火星逐漸發生了許多變化，包括大規模撞擊和火山噴發等，這些事件都對火星的形成和演化產生了重要影響。火星的那層薄薄的大氣主要是由余留下的二氧化碳、氮氣、氬氣和微量的氧氣和水汽組成的。火星表面的平均大氣壓強僅爲大約7毫巴，比地球上的1%還小，但它也足以支持偶爾整月席捲整顆行星的颶風和大風暴。
一項新研究認爲，火星形成所耗時間可能比此前認爲的要長得多，而且火星是以出人意料的劇烈方式形成。這表明火星的形成過程可能比我們之前理解的要複雜和漫長。