华北聚煤盆地的形成与演化受大地构造的控制，空间上是大地构造格局中的一个组成部分，时间上是大地构造演化的阶段产物。
加里东构造阶段是华北地台盖层形成时期。早古生代基本上为陆表海沉积，其沉积特点为陆外有坪、坪外有滩、滩外为海、海外为槽，呈现出四周通洋的古地理格局（冯增昭，1990）。加里东阶段也是华北地台大陆边缘性质由被动大陆边缘向活动大陆边缘转化的时期，不同的构造运动在华北地台上造成了多个不整合面。
早加里东阶段大陆边缘不断增生，北缘曾形成褶皱带，华北地台持续稳定沉降。中奥陶世至早石炭世，华北地台主体部分全面隆升，是华北地台南北大陆边缘活动的结果。秦岭地区二郎坪群蛇绿岩套具有岛弧特征，反映了主动大陆边缘构造环境。王鸿祯（1990）指出，秦岭早、中奥陶世草滩沟群上下均为不整合，也证明了俯冲的存在。这一构造事件造成了华北地台长达1.5亿年的沉降间断，长期的风化、剥蚀、夷平和准平原化，使寒武系和奥陶系被强烈剥蚀，顶面为一古侵蚀面。它的基本特点是坡度极缓、岩溶发育、铁铝物质富集，它对于晚古生代层序地层界面性质、层序叠置方式、层序地层格架展布等都具有显著的影响。
海西构造阶段是华北聚煤盆地形成、演化的时期。其雏形可能在泥盆纪就已见端倪，西高东低的箕状态势可能是这一时期的产物。晚古生代古特提斯洋曾一度打开，古蒙古洋和古秦岭洋的相向俯冲作用得到了松弛（赵重远，1986；转引自程爱国，林大扬，2001），华北地台结束了长期的风化剥蚀状态，开始接收沉积。晚石炭世早期，由于古秦岭洋壳的俯冲作用加强，南华北地区发生翘隆，在加里东运动形成的西高东低的基础上，叠加南高北低的构造机制。此时，乌兰格尔隆起呈古陆状态，将华北盆地分为东西两个亚盆地。由于古郯庐断裂的活动，在盆地的东北部沿郯庐断裂最先接受滑石板期沉积，达拉期海水由东北向西南侵入，侵入范围遍及东华北亚盆地。西部亚盆地的海水来自西南，沉积物由西向东超覆在乌兰格尔古陆之上。
华北古板块北缘从加里东运动阶段至海西运动阶段是一个不断向北增生的过程，古蒙古洋壳的消减和俯冲作用使得华北古板块北部隆升形成阴山古陆，成为华北盆地的主要物源区。晚石炭世晚期这种隆升作用不断加强，使得整个华北古板块发生跷跷板式的升降移位，由南隆北倾机制转变为南倾北隆机制，并一直延续到晚二叠世，成为华北盆地的主体构造形式。晚石炭世乌兰格尔隆起呈水下隆起状态，海水由东南和西南两个方向入侵并汇合，至此，华北盆地成为一个完整、统一的盆地（图1.3）。中、晚二叠世海西运动进一步加强，古蒙古洋消失，华北古板块和西伯利亚古板块发生对接，其对接带为贺根山—索伦山，成为天山－阴山造山带的一个重要组成部分，海水由北而南退出，华北盆地由海陆交互相盆地转化为陆相盆地。
图1.3 华北聚煤盆地晚石炭世晚期岩相古地理图Fig.1.3 Sketch lithofacies palaeogeographical map of the late time of the Late Carboniferous in North China
（据尚冠雄，1993）