Zürich liegt am nördlichen Ende des Zürichsees am Ausfluss der Limmat, in dem weiten, vom Linthgletscher der letzten Eiszeit geformten Tal. Vor 20'000 Jahren lag die Gletscherzunge im Raum Zürich und formierte hier jenen ausgeprägten Moränenwall, dessen bekannteste Erhebung der heutige Lindenhofhügel darstellt.

In der Nacheiszeit war es vor allem die Sihl, die den späteren Siedlungsraum prägte. Sie bildete bei der Mündung in die Limmat eine riesige Deltalandschaft – die Ebene des heutigen Sihlfelds. Zeitweise durchbrach sie zudem den Moränenwall und schüttete ein Delta in den Zürichsee auf, das den Untergrund der heutigen City bildet. Die Aufschüttung von Geschiebe an der Mündung in die Limmat führte zu einem Rückstau von Limmat und See. Durch dieses Stauen des Sees wurde das Gebiet der heutigen Innenstadt dauerhaft unter Wasser gesetzt.

In römischer Zeit lag der Seespiegel so tief, dass im See die beiden Inseln «Grosser Hafner» und «Kleiner Hafner» sichtbar waren. Die römerzeitlichen Funde liegen direkt auf den vorrömischen Seeablagerungen, der sogenannte Seekreide. Darüber finden sich bis 1 Meter dicke Schichten aus Schwemmmaterial, die von der Sihl eingebracht wurden. Unmittelbar auf diesen Lehm- und Siltschichten wiederum beginnen die Siedlungsstrukturen, welche mit dem 853 n. Chr. gestifteten Fraumünster in Zusammenhang zu bringen sind. Spätestens ab dann ist hier Siedlung – und mit dem Fraumünster sogar ein zentraler Teil davon.