Como ya se ha citado anteriormente, el Kilimanjaro se encuentra en el Gran Valle del Rift. En la región que corresponde a una rama oriental de este rift, aparecen fallas que fomentan la apertura de fosas tectónicas y el aumento del magma. El Kilimanjaro y el monte Meru emergen al nivel de una fosa tectónica que toma una dirección oeste-norte-oeste/este-sur-este, formando el umbral de Amboseli.
Mapa geológico del Gran Valle del Rift
El vulcanismo del Kilimanjaro se inicia durante el Plioceno y la creación de su estructura se desarrolló en cuatro grandes fases. Las tres últimas dieron lugar a la formación del Shira (se remonta a entre 2,5 y 2 millones de años), el Mawenzi (se remonta a entre 1,1 y 0,7 millones de años) y el Kibo (se remonta a entre 0,6 y 0,55 millones de años).