På grænsen mellem Brønderslev, Jammerbugt og Aalborg Kommuner ligger resterne af en tidligere vidtstrakt højmose. I stenalderen opstod der på dette sted en lavvandet bredning i Littorinahavet, som dengang dækkede store dele af Vendsyssel. Den igangværende landhævning medførte, at havet langsomt forsvandt; bredningen blev først til en saltvandssø og senere til våde enge. I løbet af middelalderen bredte tørvemos sig over hele området, og med tiden hævede Store Vildmose sig op over det omkringliggende landskab.
Selv om man stadig kan genfinde rester af fordums vidstrakte højmoseflader, er langt det meste af mosen i dag et produktivt kulturlandskab.
I det meste af Store Vildmoses historie har tørv været et vigtigt råstof. Tørven udnyttes stadig i produktionen af dyrkningsmedier under navnet »sphagnum« til gartneri og havebrug.
1.895 ha højmose, småsøer, krat og enge er i dag fredet. I 2015 købte Miljø- og Fødevareministeriet en del af mosen for at genoprette yderligere 500 ha af tidligere højmose.
Store Vildmose er en højmose, og i modsætning til lavmoser, der modtager vand og næringsstoffer fra det omkringliggende grundvand, får højmosen kun vand og næringsstoffer fra luften og bliver derfor næringsfattig. Højmosen dannes af tørvemos, som vokser opefter, mens de nederste dele af mosset efterhånden dør. Vandet i mosen er dog så surt, at bakterier og svampe ikke trives. Derfor nedbrydes det døde tørvemos ikke, men danner i løbet af flere hundrede år tykke lag af tørv, der får højmosen til at hæve sig som en lav kuppel op over landskabet. I Store Vildmose nåede tørvelaget en tykkelse på ca. 3,5 m.
Med et areal på ca. 5.000 ha hørte Store Vildmose til blandt Nordeuropas største højmoser og var et vildt, uvejsomt og myteomspundet stykke natur, som kun de færreste turde vove sig ud i. Siden har Store Vildmose ændret sig dramatisk, og selv om man stadig kan genfinde rester af fordums vidstrakte højmoseflader, er langt det meste af mosen i dag et produktivt kulturlandskab.