Erste Spuren einer Weser finden sich im jüngeren Abschnitt des Tertiäres, dem ältesten Teil der erdgeschichtlichen Neuzeit. Vor etwa 12 Millionen Jahren muß es einen Fluß, nennen wir ihn Weser, im Gebiet der heutigen Oberweser gegeben haben. Funde von typischen "Weserkiesen" lassen diesen Schluß zu. Wo dieser Fluß mündete, bleibt eine offene Frage.

Das Zeitalter der Eiszeiten, das Diluvium, schloß sich vor ca. 400.000 Jahren an und dauerte bis vor ca. 20.000 Jahren. Drei Eiszeiten gestalteten die Landschaft neu und so konnte auch die Weser nicht unberührt bleiben. Vermutungen aufgrund von Funden von Wesergeröll - z.B. in Holland - weisen darauf hin, daß die Weser ab Minden eine Zeitlang am nördlichen Rand dem Wiehengebirge folgte, um dann weiter in Richtung Ijsselmeer (Zuidersee) zu fließen.

Sobald die sich zurückziehenden Eiszeiten den Weg wieder frei gaben, änderte die Weser ihren Lauf in Richtung Norden. Die sogenannten Urstromtäler zogen die Weser aufgrund der topographischen Situation an. Schmelzwasser von den Gletschern und Niederschlagswasser aus den Mittelgebirgen vereinten sich zu Urströmen, die sich auch heute noch in Niederungen zwischen Geestplatten erkennen lassen.

Das am weitesten südlich gelegene Urstromtal, das Tal des Aller-Weser-Urstroms, reichte von der mittleren Oder (Breslau) über den Mittellauf der Elbe bis zur Wesermündung. Etwa in Höhe der heutigen Stadt Hoya an der Mittelweser vereinten sich der Aller-Urstrom und die Weser, um anschließend in das Bremer Becken zu strömen. Doch auch der Mündungstrichter der Weser schwankte über die Jahrtausende hinweg zwischen Wangerooge und Helgoland.