La nature aura mis finalement plusieurs millénaires pour accumuler cette dune à l'apparence homogène. Son histoire peut être reconstituée grâce à l’alternance des couches de sable et des couches noires que l’on peut voir, surtout en hiver, sur sa face ouest du côté de l'océan. Ces couches noires sont en fait des anciens sols forestiers que les scientifiques appellent "paléosols". Les éléments qu’elles contiennent (souches d’arbres, morceaux de céramiques, fragments de poterie...) permettent de les dater. En hiver, les vents forts font monter les grains de sable sur la face ouest et dégagent ainsi des troncs d'arbres enfouis sous la dune.
L’accumulation de sable s’est effectuée au fil du temps, selon les cinq phases suivantes :
De 4000 à 2000 ans avant JC, le plateau landais s’étend à l’emplacement actuel de la dune. Sans relief, il est notamment couvert par des pins maritimes et sylvestres. Ce premier niveau correspond au paléosol 1. Il contient de nombreuses souches et restes de végétaux datés de cette époque. Il repose sur de l’alios (couche noire et compacte, résultant de la cimentation naturelle de sable, d’oxyde de fer et de matière organique, voir photos à droite).
Pendant la période préhistorique, plusieurs couches de sable se sont déposées. Leur surface correspond au paléosol 2, à environ 3 à 4 m d’altitude. Il renferme des restes de végétation datés de 1200 à 1300 ans avant JC. Ce sol ancien a été occupé par l’homme au VIIe siècle avant JC comme en témoignent les restes d’un vase daté de l’Age du Bronze par les archéologues.
Ensuite, trois générations de dunes se sont superposées. Des dunes anciennes se sont formées pendant la période froide médiévale favorable aux vents de tempête, entre l’an 500 et l’an 1000.
A la fin du Moyen-âge, le climat se radoucit et devient plus humide, la végétation se développe en Aquitaine. A partir de l’an 1500, le climat change. Des vents puissants vont créer une nouvelle série de dunes appelées "dunes modernes". Ces dernières envahissent les dunes anciennes et recouvrent également les villages et les cultures. Les hommes les fixent alors par semis de pin maritimes en application d’un décret consulaire de 1801, signé de Napoléon Bonaparte. La dune située à l’emplacement actuel de la Dune du Pilat est ainsi stabilisée au début du XIXe siècle. Le paléosol le plus haut (paléosol 4) correspond à sa surface. Une forêt cultivée de pins s’étendait là à cette époque. Des pots servant à la récolte de la résine y ont été retrouvés.
Sous l’effet de l’érosion qui attaquait son pied, la dune s’est remise en mouvement vers 1860 pour donner naissance à la dune que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de Dune du Pilat.
Pendant deux semaines, des fouilles archéologiques ont eu lieu fin octobre / début novembre 2018. Ces fouilles ont été effectuées dans la partie nord de la dune, au niveau de la plage de la Corniche.
Les archéologues y ont trouvé des fragments de céramique et des tessons de poterie qui seront datés au carbone 14. Lors des fouilles, une pelleteuse a également été utilisée et le site a été recouvert.