Vltava protéká většinou svého toku velmi starými horninami a při své cestě na sever postupně protíná prvohorní vápence pražské pánve, druhohorní sedimenty české křídové pánve, třetihorní údolí, čtvrtohorní říční terasy i holocenní pěnovce. I z hlediska lidské historie se dotkne víc než čtvrt milionu let starých paleolitických nástrojů v Sedlci, či pozdně paleolitických a mezolitických tábořišť ve vltavické brázdě i jinde. Prochází pak mnoha archeologickými kulturami - v jižních Čechách zejména památkami ze starší doby bronzové, na středním toku si zahraje s Kelty a na dolním toku se Slovany.