Opis regionu Kotlina powstała w neogenie w wyniku ugięcia się obszaru pomiędzy łańcuchami górskimi i pogórzami. W wytworzonej w ten sposób niecce powstało jezioro, które z czasem zapełniło się osadami żwirów i iłów; ich grubość w zachodniej części Kotliny sięga 300 m. Również w czwartorzędzie podczas kolejnych okresów zlodowaceń gromadziły się tutaj lodowcowo-rzeczne osady w postaci stożków napływowych. W kotlinie, a szczególnie na przecinającym ją w poprzek bałtycko-czarnomorskim dziale wodnym, ukształtował się unikatowy zespół torfowisk wysokich, zwanych tu „puściznami”. Torfowiska te, całkowicie uzależnione od wód opadowych, zaczęły powstawać około 10 000 lat temu, kiedy nastąpiło ocieplenie klimatu po ostatnim zlodowaceniuO torfowiskach orawsko-nowotarskich na stronie Bagna.pl.. Dziś przedstawiają one wyjątkowy w Polsce i równocześnie rzadki w Europie kompleks torfowisk wysokich oraz borów i lasów bagiennych, nadających specyficzny rys krajobrazowi Kotliny.