四川盆地的形成原因是：它周圍地區都褶皺隆起成山地，而它沒有隆起（準確地說，目前四川盆地上升很慢，而不是完全沒有上升），於是就比周圍低了，成爲盆地。
此外，四川盆地的形成還經歷了以下階段：
5億多年前的寒武紀開始，四川盆地不斷下陷成了海洋盆地，志留紀時發生加里東運動，除了西部的龍門山地槽繼續下陷外，其餘地區上升爲陸地。
2.7億年前的石炭紀末，發生範圍更大的第二次海浸，盆地再次被海洋佔據。二疊紀時海陸交替，形成了重慶附近的南酮、松藻、天府等煤礦。
距今1.9億年的三疊紀，“印支運動”使盆地邊緣逐漸隆起成山，被海水淹沒的地區逐漸上升成陸地，由海盆轉爲湖盆。當時湖水幾乎佔據現今四川盆地的全境，稱爲“巴蜀湖”。
7000萬年前的白堊紀末期，發生又一次強烈的地殼運動“燕山運動”。盆地四周山地繼續隆起，同時產生不少大斷層，如西部的龍門山大斷層和東部的華瑩山大斷層，把盆地分爲三部分。同時，巴蜀湖縮小爲僅有2萬平方公里的蜀湖。
2000多萬年前的新第三紀，受喜馬拉雅造山運動影響。距今二、三百萬年的第四紀，地殼再次發生構造運動。巫山兩側水系溯源侵蝕，共同切穿巫山，形成舉世聞名的長江三峽，盆地之水納入長江水系，從而結束了海浸的歷史。