För tjugo miljoner år sedan var området där i dag Panama ligger täckt av hav. Nord- och Sydamerika var två åtskilda kontinenter och havsströmmar kunde flöda fritt mellan de två oceanerna. Under havsytan kolliderade långsamt två av jordskorpanskontinentalplattor vilket gjorde att en subduktionzon bildades där Stillahavsplattan trycktes ned under Karibiska plattan. Hettan och trycket som kollisionen orsakade gjorde att undervattensvulkaner bildades, av vilka några till slut bildade öar för omkring femton miljoner år sedan. Samtidigt pressades havsbotten upp av kollisionen och vissa delar lyftes upp ovanför havsytan.
Med tiden började havsströmmar bryta loss delar av kontinenterna som sedimenterades i form av sand och lera mellan de nybildade öarna. Gradvis fylldes mellanrummen mellan öarna igen och för omkring tre miljoner år sedan hade näset bildats mellan kontinenterna.
Bildandet av Panamanäset kan vara en av de geologiskt mest betydelsefulla händelserna på jorden under de senaste sextio miljoner åren. Även om sundet är litet jämfört med kontinenterna som omger det innebar Panamanäset en mycket stor påverkan på jordens klimat. Havsströmmarna som tidigare flutit mellan kontinenterna stoppades och bland annat bildades Golfströmmen i Atlanten vilket gör klimatet betydligt varmare i nordvästra Europa (vintrarna i Norden skulle vara omkring 10°C kallare utan Golfströmmen). Dessutom började salthalten i Atlanten att öka sedan utbytet mellan oceanerna upphört.
Bildandet av Panamanäset orsakade direkt och indirekt det globala mönster som havets strömmar idag följer vilket i sin tur påverkat både atmosfär, nederbörd och landskap över hela jordklotet. Förmodligen gjorde det varmare klimatet att isen vid polerna bildades vilket ledde till istiden under pleistocen.
