Kommunens landskab blev hovedsagelig dannet i forbindelse med Bælthavisens fremstød i slutningen af sidste istid for 18.000‑17.000 år siden. Bælthavisen gled frem fra en sydøstlig retning og dækkede hele Sjælland på nær Sjællands Odde. Ordrup Næs blev presset op som en randmoræne, da en tunge af isen trængte frem gennem Storebælt og ind over det vestlige Sjælland. Umiddelbart efter at Bælthavisen var smeltet tilbage fra sin yderste position, skubbede et genfremstød det foranliggende landskab op i flager. Fra Vindekilde i sydvest til Højby i nord blev flagerne presset sammen langs isranden i de tre sammenhængende randmoræner, der i dag kendes som Odsherredbuerne. Bag Odsherredbuerne ligger inderlavningerne Nykøbing Bugt og de nu tørlagte Lammefjord og Sidinge Fjord. Det var herfra, de tre istunger skrabede det materiale op, som Odsherredbuerne blev opbygget af. Foran buerne ligger en flodslette, der blev skabt af smeltevandet fra isen, og som i dag hovedsagelig findes på bunden af Sejerø Bugt eller er dækket af yngre aflejringer. Resterne af en randmoræne, som blev dannet under et af Nordøstisens sene genfremstød for 20.000 år siden, ragede flere steder op over flodsletten. Disse rester udgør kommunens ældste landskab og fremstår i dag som Sjællands Oddes bakkeknuder, der kulminerer i bakkepartiet mellem Lumsås og Ebbeløkke.
Mod slutningen af isens afsmeltning lå der flere steder dødis i landskabet. Det antydes bl.a. af de småbakkede landskaber ved Lammefjord og Sidinge Fjord. Desuden er de fladtoppede issøbakker, der omkring Veddinge og nordøst for Fårevejle støtter sig til bagsiden af Vejrhøjbuen, dannet af grus og ler, som blev aflejret i søer i dødisen.
Efter istiden trængte Littorinahavet ind over de laveste dele af istidslandskabet. Derved opstod Sejerø Bugt og Isefjord med Nykøbing Bugt samt Sidinge Fjord og Lammefjord. Det gjorde nærmest Odsherred til en ø, som kun var forbundet med Sjælland via en smal landtange ved Dragsholm. Siden har en relativ landhævning på 3‑4,5 m ført til dannelsen af de stedvis store flader af marint forland, der kanter istidslandskabet ud mod fjorden og havet. Det har bundet moræneøer og halvøer sammen og bl.a. skabt Sjællands Odde og Rørvighalvøen. Ved fx Lumsås og Klintebjerg kan Littorinahavets gamle kystklinter stadig ses som kratklædte stejlskrænter langt inde bag den nutidige kystlinje.
Vigen med Trundholm Mose blev afsnøret fra Sejerø Bugt af strandvolde, så der først opstod en sø, som siden er groet til. Ved Korevle ud mod Sejerø Bugt er der samtidig dannet en barrierekyst med barriereøer og bagvedliggende laguner. Efterhånden som landhævningen skred frem, blev de ældre barriereøer landfaste, og nye opstod længere ude i bugten.
På Littorinahavets tid lå der syd for Klint en havbugt, som efterfølgende blev afsnøret fra havet af strandvolde. Derved opstod den nu udtørrede strandsø Klintsø. Umiddelbart øst herfor har endnu et system af tætliggende strandvolde efterhånden udfyldt den tidligere bugt, som nu udgør Vester Lyng nordvest for Nykøbing S. Odsherreds nordkyst har i dag en tydelig guirlandeform, hvor kystlinjens buer med de bagvedliggende strandvoldssletter er hæftet på istidslandskabets gamle øer.