Contrairement à la Terre, Mars est assez petite pour que sa surface n’ait pas été remodelée par des processus globaux. D’un autre côté, Mars est assez grande pour que toutes les étapes majeures de l’évolution planétaire, y compris une grande activité interne, se soient produites. Sa masse intermédiaire a donc permis d’enregistrer tous les événements majeurs : bombardement massif primordial, activités tectonique et volcanique. Les premières images de la surface de Mars ont montré une topographie complexe présentant des formations d’origine volcanique telles que le volcan géant Olympus Mons et le massif volcanique dit de Tharsis.
Les traces de volcanisme ont été identifiées sur les terrains d’âges couvrant toutes les périodes majeures de l’histoire de Mars. Le début du volcanisme dans la région de Tharsis n’est pas bien connu, mais il est probable qu’il ait commencé très tôt dans l’histoire de Mars. Les petits volcans boucliers et dômes présents dans la région de Tharsis sont les reliques de ce volcanisme ancien avec des effusions de laves cessant entre 4 et 3,7 milliards d’années. D’autres petits dômes ou volcans boucliers apparaissent dans la région d’Apollinaris Patera ou de Coracis Fossae avec des âges d’environ 3,9 milliards d’années. Cette période marque aussi le début d’un volcanisme important avec la construction des gros édifices tels qu’Olympus Mons (massif de la taille de la France), Alba Patera et plus loin Elysium.
Des volcans se sont formés en bordure des grands bassins d’impact un peu plus récemment, il y a environ 3,5 à 3 milliards d’années, suggérant que les premières éruptions aient pu être facilitées par la fracturation de la croûte suite à ces impacts majeurs. Il y 3 milliards d’années, il semblerait que l’activité volcanique ait diminué en se concentrant dans les régions volcaniques majeures de Tharsis et d’Elysium.