四川盆地属扬子陆台一部分,称为四川陆台,属较稳定的地区,但仍经过两次大规模的海浸.第一次从5亿多年前的寒武纪开始,延续到3.7亿多年的志留纪,不断下陷成了海洋盆地,志留纪时发生加里东运动,除了西部的龙门山地槽继续下陷外,其余地区上升为陆.2.7亿年前的石炭纪末,发生范围更大的第二次海浸,盆地再次为海洋占据.二叠纪时海陆交替,形成重庆附近的南酮、松藻、天府等煤矿.二叠纪末,盆地西部岩浆喷出,峨眉山小金顶及清音阁一带的玄武岩就在这时生成.
距今1.9亿年的三叠纪,“印支运动”使盆地边缘逐渐隆起成山,被海水淹没的地区逐渐上升成陆,由海盆转为湖盆.当时湖水几乎占据现今四川盆地的全境,称为“巴蜀湖”,从此结束了海浸的历史.在中生代漫长的1亿多年里,盆地气候温暖湿润,到处生长蕨类、苏铁和裸子植物,是又一个成煤期,永荣煤矿即在三叠纪和侏罗纪时形成.东起长寿、垫江,西到江油、邛崃,北抵大巴山麓,南到贵州赤水,还是天然气富集区.这一时期爬行动物恐龙称霸一时.1957年在合州发现的“合州马门溪龙”身长22米,高3.5米,是我国亚洲最大和最完整的恐龙化石.
7000万年前的白垩纪末期,发生又一次强烈的地壳运动“燕山运动”.盆地四周山地继续隆起,同时产生不少大断层,如西部的龙门山大断层和东部的华莹山大断层,把盆地分为三部分.巴蜀湖缩小为仅有2万平方公里的蜀湖.封闭的盆地地形及急剧缩小的水面,使气候逐渐变得干热,沉积物由海相、海陆交替相变为陆相,大量风化、侵蚀、剥蚀的物质在盆地堆积了数千米厚,形成红色和紫红色的砂、泥、页岩.裸子植物不断衰退,恐龙灭绝了.内陆湖泊在干燥条件下,经强烈蒸发,浓度增大,盐分不断积累,形成盐湖,后来泥沙掩埋而保存于地层之中,经过漫长的地质作用形成岩层,自贡一带是著名的井盐产地.
2000多万年前的新第三纪,受喜马拉雅造山运动的影响.距今二、三百万年的第四纪,地壳再次发生构造运动.巫山两侧水系溯源侵蚀,共同切穿巫山,形成举世闻名的长江三峡,盆地之水纳入长江水系.从而,四川盆地由内流盆地变为外流陆盆,由封闭的内流区变为外流区,由以堆积为主变为侵蚀为主,经历了海盆——湖盆——陆盆的沧桑之变.
第四纪是冰川广布的时代,盆地西北山地发育大量冰川.川消融后,大量沉积物由岷江、沱江等携带,堆积在西部的凹陷区,即以前的蜀湖之中,最终形成了成都平原.
