Il se serait formé à l'Hespérien, il y a plus de 3,54 Ga, et aurait connu à l'Amazonien trois épisodes d'activité subséquents datés d'environ 2 Ga, 800 Ma et 200 à 100 Ma[2]. Ce serait donc le plus récent des trois volcans de Tharsis Montes, illustrant le fait que les volcans du renflement de Tharsis sont d'autant plus anciens qu'ils sont situés au nord-est de cette région.
Sa très vaste caldeira serait consécutive à l'effondrement du sommet du volcan une fois vidée la chambre magmatique après la dernière phase d'activité du volcan. Cela expliquerait les failles concentriques bien visibles notamment au nord-ouest du cratère.
Des glaciers ont par ailleurs été observés sur l'édifice[7].
Enfin, une multitude de cavités d'effondrement auraient été identifiées en 2007 sur les flancs de l'édifice par l'instrument THEMIS de la sonde 2001 Mars Odyssey[8], notamment sept structures qui ont reçu des noms de travail informels :
Mosaïque d'images infrarouges d'Arsia Mons et de ses environs prises par THEMIS. Une immense étendue de dépôts en éventail (Arsia Sulci), probablement due à une période glaciaire, s'étend sur le nord-ouest de la montagne.
↑(en) R. Jaumanna, G. Neukum, T. Behnke, T. C. Duxbury, K. Eichentopf, J. Flohrer, S. v. Gasselt, B. Giese, K. Gwinner, E. Hauber, H. Hoffmann, A. Hoffmeister, U. Köhler, K.-D. Matz, T.B. McCord, V. Mertens, J. Oberst, R. Pischel, D. Reiss, E. Ress, T. Roatsch, P. Saiger, F. Scholten, G. Schwarz, K. Stephan, M. Wählisch et l'équipe HRSC de Mars Express, « The high-resolution stereo camera (HRSC) experiment on Mars Express: Instrument aspects and experiment conduct from interplanetary cruise through the nominal mission », Planetary and Space Science, vol. 55, nos 7-8, , p. 928-952 (lire en ligne) DOI10.1016/j.pss.2006.12.003