北京的先民来自永定河畔，在漫长的岁月中农耕畜牧、生息繁衍，几千年下来积累形成以古都文化为核心的悠久历史，成为世界文明宝库的瑰丽篇章。
位于门头沟城区永定河畔的永定楼永定河位于北京西南部，古称漯水，1500年前南北朝时期，北魏地理学家郦道元就在他的经典著作《水经注》中对永定河水系进行了详细记述，它是我国发现的最早记录永定河的文献典籍之一。《水经注》之《漯水》篇记载：“漯水自南出山，谓之清泉河，俗亦谓之曰干水，非也。漯水又东南经良乡县北界，历梁山南，高粱水出焉。”《魏土地记》篇曰“清泉河上承桑干河，东流与潞河合，漯水东入渔阳，所在枝分，故俗颜云：‘高粱无上源，清泉无下尾’。”说明清泉河是永定河出山后的下游支流，文中的梁山是今天的石景山，它是今梁河的源头。
永定河的源头位于山西省。从山西发源，历经山西、内蒙古、河北、北京和天津五个省市，一路东流奔腾到渤海。河流全长740多公里，是海河水系北系最大的河流，流域面积47016平方千米。永定河上游有南北两大支流，南为桑干河支流，发源于山西省宁武县管涔山；北为洋河支流，发源于内蒙古自治区兴和县。两大支流在河北省怀来县朱官屯汇流，从这里起，开始称为永定河。流入北京区域后，又有发源于延庆的妫水河汇入，以更大的河流水势向东南奔腾。沿北京西部山区顺流而下，进入中心城区的什刹海和中南海，使北京平原与北京西山接壤处成为一片湿地。地质学家曾多次试图查清流入北京城的高粱河源头和流入北京平原的清泉河河道，迄今为止，多年的努力都告失败。但证实了北京平原为永定河冲洪积扇泛滥而成，时间可能在几万年前的晚更新世—全新世的猜想。
流经太行山区的永定河段永定河上游的山西和内蒙古地带，处在太行山、阴山和燕山山脉之间。海拔1500米的黄土高原，植被稀疏、地形陡峭，气候条件十分恶劣，形成了十分广阔的产沙区，严重的土壤沙漠化成为永定河流泥沙含量大的来源。每到7-8月份汛期，河水自燕山峡谷急泄而下，穿越两岸林立的峭壁，以320:1的落差和5200立方米/秒的流量，使上游流入的大量泥沙在这里积聚，每年3120万吨的含泥量，让河水变浑。因此，永定河在元代曾被称为“小黄河”和“浑河”。由于洪水泛滥，河道经常改变迁徙无常，因此永定河又俗称“无定河”。辽以后，永定河自石景山南进入丰台地区，流经东河沿、刘庄子、卢沟桥后，由北天堂流入大兴区内，形成现代永定河道走向。清康熙三十七年（1698）年，清廷疏浚河道，加固岸堤，永定河才由“无定河”改为现名。
官厅山峡及下游上段是永定河北京段，流经门头沟、石景山、丰台、房山和大兴五个区。从官厅水库至门头沟三家店，河流长度108.7千米，平均海拔500～100米，短距离内落差，从450米降至100米。山高谷深，坡度变化明显，水流湍急。下游从三家店出山，入京津平原到渤海口，形成古道洪积扇和冲积扇两种扇面，海拔在25～100米之内，在近80千米的流程中，流速相对平缓，泥沙大量沉积，使河床高于地面，造成历史上多次岸堤决口，泛滥成灾，是国务院1985年确定的全国四大防汛重点河流之一。
在地质历史上，永定河地区原是几片没有形成河流的孤立水系。延庆古湖和北京古湖形成后，又经过漫长的地质时期，这些分散的水系才连成河流，逐步形成现在的永定河。2004年，北京市地质人员在永定河冲积扇底部岩石中发现普遍含有卵石现象，经研究这些卵石形成于距今约300万年前的新生代新近纪，是最早的沉积物，被推测为永定河的形成时间。
永定河上有一条极大的断裂带，它是我国地质学家最早发现和研究的断裂带，被称为“永定河断裂”，它奠定了北京西部山地的地貌地形格局的基本构架。
地质资料成果显示，这条断裂形成于侏罗纪。燕山运动到早期的地壳运动，使流经军庄—三家店—石景山一线的永定河河道产生了一条北西向断裂，河道两侧构造线断断续续，九龙山—香峪大梁向斜在军庄以南的轴迹被左行错开了1000米左右，截然地将北京西部山地与平原分成两种不同的地貌形态，成为北京城市形成前的基本条件。
永定河北京段山峡全长100多千米，新构造运动隆升使永定河山峡形成8级阶地。永定河依次流经幽州背斜、沿河城断裂、青白口穹窿、庙安岭向斜、下苇甸穹窿、九龙山向斜和永定河断裂等地质构造单元。从北京西山，沿断裂流动，穿过石灰岩——军庄石灰岩地带，进入北京平原。永定河弯弯曲曲，时起时伏的河流地质再造作用勾勒出了北京城西部的边界，河流蜿蜒、名峰争秀的地貌景观，成为北京现代都市的组成部分。
永定河水顺流而下，从西北到东南，形成了一湾半封闭状态的海湾，这个海湾被称为“北京湾”。从地质时代开始，随着永定河上游流下来的泥沙不断增加，在原来低洼的盆地里积沙成原，将北京湾填充成了辽阔的北京平原，这才有了后来北京城的诞生。
北京平原位于华北平原的西北侧，西靠西山，北依军都山。东南与华北平原相连，面积约6210平方千米，约占北京市总面积的40%。永定河水携带的来自山西、甘肃和陕西黄土高原的泥沙，最先在永定河清水河支流流域的斋堂盆地积聚，它是北京平原的雏形。
长期的构造运动过程，将河流搬运下来的碎砂磨砺成土，在冲积扇和洪积扇环境下，逐步积累成平原。北京平原上的黄土由于致密性、吸水性、黏连性和直立性很强，受到河水冲击后，不但没有溃散，反而使它们的凝聚力在水的作用下越来越强，从而使北京平原越来越大，一些以黄土为原料的建筑物开始出现，北京先民在这里繁衍生息，形成了北京城廓最原始的状态。
北京平原沉积中心的黄土，主要是新生界的堆积物，沿永定河流水作用方向，从上游到下游形成西北高、东南低的地形地势和山前冲积扇，中部洪积平原和东南部冲积平原地貌，是典型的山前、平原两种地貌组合的特征。北京平原的北面和西面被燕山山脉和太行山脉合围成一个弧形围屏，只有正南向一面为平原，从地形上构成了一个半封闭状态的“海湾”，被人们称为“北京湾”。
中生代以来，北京平原地区一直在下沉。从西北到东南，沿永定河水流向，越往下游，下沉幅度越大，这种不均匀的下沉过程，使北京平原地区在古近纪—新近纪时期，形成“两隆一凹”的地形构造格局和一系列新型构造。北京地区地质地貌出现了界限明显的山地地貌和平原地貌两种形态，而这条明显的界限，就是永定河水的地质作用勾勒出来的。
永定河水的地质作用，造就了西部山地群峰连绵、河流蜿蜒、花岗峭立、洞穴幽深的自然风景地貌，同时也使平原部分湖波荡漾，花草芬芳，为后来皇家园林的形成，提供丰厚的自然环境。地质历史时期永定河的四沟八壑，是北京城市形成的前提，永定河水系宽阔的水面，是北京漕运和海运的发源地，千帆竞发、百舸争流的水面交通，把北京西部山地和东南部平原连成一体。
历史上多条河流故道，如今仍有迹可循。其中北京附近著名的故道有3条。第一条故道是地质历史时期故道，是永定河冲积扇上最古老的故道。它由衙门口向东流，沿八宝山北侧转向东北，经海淀，循清河向东，与温榆河相汇。第二条为西汉前故道。它自衙门口向东流，经田村、紫竹院，由德胜门附近入城内什刹海、中南海诸海，经正阳门、鲜鱼口、红桥、龙潭湖流出城外。此故道为更新世末期到西汉时代的永定河故道。第三条为三国至辽故道。它自卢沟桥一带，经看丹桥、南苑到马驹桥。
那些已经干涸的古河道，被后人拓宽成车水马龙的交通要道，以古永定河渡口为枢纽的三条古道，是当年繁华城市一角，依稀可辨的历史遗迹，承载着北京城市形成的艰辛步履。其中，京西古道通往西北方向的蒙古、山西高原，东北古道通往东北方向的松辽平原，正东古道通往正东方向的山海关和辽东各地。北京的先民在永定河古渡口聚集转运，同时京北各地也通过古道来到北京。在日益频繁的交流中，使北京的城市在北京平原上逐步发展起来。
