La magnétite se forme en petites quantités entrecoupées de nombreux minéraux riches en fer, mais ne forme des corps de cristaux que lorsque le magma mafique, un magma très liquide chargé d'éléments lourds, se refroidit suffisamment lentement pour que les cristaux individuels s'agglutinent. La magnétite peut également se former lors du métamorphisme d'un calcaire impur riche en fer.
La formation de magnétite au cours du métamorphisme géologique du calcaire ne se produit qu'avec du calcaire qui s'est formé avant que les niveaux d'oxygène sur Terre ne soient suffisants pour que le fer dissous s'accumule dans les océans. Ce fer a atteint des niveaux où il s'est aggloméré et s'est solidifié hors de l'eau de l'océan, formant des minerais de fer sur le fond marin. Une partie de ce minerai de fer, lors de processus géologiques impliquant chaleur et pression, est devenu de la magnétite. Les organismes photosynthétiques ont depuis considérablement augmenté les niveaux d'oxygène sur Terre, et le fer ne persiste plus dans les océans, car il s'oxyde trop rapidement.
La magnétite est l'un des rares matériaux magnétiques naturels, et au fur et à mesure qu'elle se forme, ses pôles magnétiques s'alignent avec ceux de la Terre. Une fois formée, cependant, l'alignement magnétique de la magnétite ne change pas, même si le champ magnétique terrestre change. Cette propriété fournit aux scientifiques un enregistrement du comportement des champs magnétiques de la Terre depuis des milliards d'années.
