In der vorletzten Eiszeit (Saaleglazial) vor ca. 300.000 Jahren bedeckten von Skandinavien kommende Gletscher Schleswig-Holstein bis weit nach Niedersachsen hinein. Auf dem heutigen Gebiet des Himmelmoores lag eine Eisschicht von über 1 km Höhe. Nach der Eisschmelze bildeten Grund- und Endmoränen eine flach-wellige Landschaft.
Vor etwa 11.000 Jahren formte am Ende der letzten Eiszeit (Weichselglazial) abfließendes Gletscherwasser die breiten Talräume zwischen den heutigen Flüssen Bilsbek und Pinnau mit zahlreichen
Seen. Es dauerte fast 5.000 Jahre, bis diese völlig verlandet waren. Während sich der äußere Rand vor allem mit Erlen besiedelte, wuchs im sauren und nährstoffarmen zentralen Bereich ein
Birkenbruchwald auf. Das regenreiche Klima ließ dann innerhalb von vier bis fünf Jahrtausenden bis fast in die heutige Zeit hinein ein riesiges baumfreies Torfmoospolster entstehen, das mit
seiner bis zu 10 m hohen uhrglasförmigen Aufwölbung die umgebenden Niederungsflächen weit überragte. Bis zum Beginn des Torfabbaus im 18. Jahrhundert hatte das Moor seine Charakteristik behalten.