魔鬼城即位于盆地的中心部位附近。在至大約200萬年前期間，敦煌盆地總體氣侯比較溫暖潮濕，雨量較充足，草原、森林遍布，適合動、植物生長和繁殖，到處是一派生機盎然的景象。

　　在距今約200-73萬年前的早更新世，氣侯演變為干旱寒冷，植物以單一的蒿屬和禾本科等草本植物為主，形成稀疏的草原植被景觀;來自祁連山麓的碎屑物質被疏勒河搬運至敦煌盆地，在湖泊三角洲及盆地的邊緣部位形成河流相的沖洪積層和沖積相砂礫石層沉積。

　　在距今約73-13萬年前的中更新世，氣侯演變為濕潤多雨，水量劇增，形成東起安西、西至羅布泊以西的浩瀚的淡水湖，湖盆邊緣生長著以樺、榆、松等為主的木本植物及一些草本植物，疏勒河從上游帶來的大量泥沙涌入并沉積于湖中，形成了厚度巨大的灰褐色、灰綠色、土黃色的泥巖、砂質泥巖、粉砂巖和砂巖。巖層中泥裂、水平層理、平行層理、斜層理、交錯層理發育，韻律清晰，具有典型的湖泊相沉積的特點。

　　在距今約13-10萬年前的晚更新世，氣侯演變為干旱少雨，受新構造運動的影響，盆地緩慢抬升，形成北高南低的地勢。中更新世形成的湖泊相砂泥巖層經抬升出露于地表而成為高地，并在此過程中在巖層中形成了幾個方向的垂直節理(裂縫)。由于氣侯干旱，植被稀少，由暴雨形成的洪流沿著早期形成的近南北向裂縫把高地侵蝕成很多溝谷，之后，風再沿著這些溝谷進一步吹蝕，經過暴雨與風的多次反復侵蝕和改造，谷地逐漸擴大和加深，形成了魔鬼城北部集中連片分布的與常年主風向一致的近南北向的垅崗和風蝕谷，統稱為雅丹地貌。隨著溝谷不斷擴大和側向風沿著近東西向裂縫的吹蝕，原來的垅崗狀高地被分割成島狀的土丘(墩)，稱為風蝕殘丘。在流水與風的進一步的作用下，原來塊狀的殘丘被切割成一條條的石柱，成為風蝕柱。風蝕柱受到風的作用，特別是磨蝕作用，在近地表的地方，因氣流中攜沙量多，磨蝕作用強，使其下部凹進頂部凸出，進一步發展成蘑菇狀，成為風蝕蘑菇或稱蘑菇石。進一步的風蝕作用，使風蝕蘑菇變得很不穩定，當大風吹來時，使之搖搖欲墜，成為搖擺石。到了此階段，風蝕地貌的演化史也接近了尾聲。隨著搖擺石的倒塌，最終雅丹地貌消失，出現了平坦的荒漠。