震旦纪以来，四川盆地经受了多次构造变动，导引了盆地沉积建造的形成和构造的形变，其形成演化是错综复杂的。震旦纪至中三叠世克拉通盆地形成厚3450～6550 m的台地相碳酸盐岩与碎屑岩沉积建造，先后经历了三期较为明显的构造变形。晚震旦世至早古生代期间形成厚200～3200 m的碎屑岩、碳酸盐岩建造，地块仍处于古亚洲域南北挤压应力作用下，加里东运动使前志留纪沉积盖层形成近东西向的开阔古隆起。华力西早中期地块长期隆升遭受剥蚀，泥盆至石炭纪仅在川东、川北有晚石炭世0～100 m厚的碳酸盐岩沉积地层。二叠纪至中三叠世地块稳定沉降，形成厚达1250～3350 m的页岩、膏盐、碳酸盐岩沉积盖层。印支期是区域应力场重大转变时期，中国大陆发生了藏滇板块与华南板块、华南板块与塔里木-华北板块对接等重要地质事件，受滨太平陆缘活动带远程影响和秦岭海槽近邻制约，前中三叠世沉积盖层形成北东—北北东向泸州-开江古隆起，从此结束了克拉通盆地海域台地相沉积发育历史。晚三叠世后前陆坳陷盆地和坳陷盆地的形成，克拉通盆地随之沉陷与拗褶，燕山期后构造运动使克拉通盆地卷入并产生构造形变，喜马拉雅运动是具有广泛区域性的强烈变动，克拉通盆地与上叠的断陷—坳陷盆地一体褶皱变形，扬子克拉通盆地变形解体，四川盆地形成现今残存的叠合型沉积构造盆地。
中三叠世末，扬子地块结束了台地相沉积，海水从西部退出。晚三叠世早期是甘孜—阿坝弧后盆地发育的鼎盛时期，盆地西部再次海侵形成陆棚浅海相沉积，期后逐渐变为海陆交替相、陆相沉积。受来自西北方向的多期次挤压和压扭应力作用递进逆冲推覆形成的龙门山推覆带，晚三叠世中、晚期受甘孜—阿坝弧后盆地挤压聚缩的影响，块体被冲断、推覆、叠置形成耸山峻岭，由于构造加积增厚产生负载，下伏岩层被压弯拗折，于山前形成坳陷，隆升的龙门山继续遭受剥蚀，大量的陆源碎屑搬运堆积山前，山岭急剧隆升，坳陷快速下沉，盆缘山系的隆升导致山前坳陷的沉降，坳陷堆积增厚负载加大，坳陷继续下降同时逐步扩大，沉积物向东不断推进，沉积盆地向东逐渐扩展，从而形成西断东超不对称的箕状沉积盆地，叠置于古生代以来形成的海相碳酸盐岩台地上。
以华南克拉通盆地为基础形成的四川晚三叠世前陆坳陷盆地，是陆壳内挤压应力作用下形成的沉积盆地，其形成机制与沉积特征不同于扬子陆块东部由热机制在引张作用下形成的断陷或坳陷盆地。晚三叠世前构造运动已使四川盆地碳酸盐岩台地形成了开阔的隆起与坳陷，经风化剥蚀夷平为准平原。沉积盆地在山前坳陷沉降幅度大（4500 m左右），向东逐渐变浅，呈西陡东缓箕状。沉积相序底部为浅海相碳酸盐岩或泥质页岩，海陆交替相碎屑岩，陆相粗碎屑岩，形成海退沉积序列。含煤岩系是在海相向海陆交替相、陆相转换过程中形成成煤相，以陆相沉积为主的条件下，成煤环境变好。沉积盆地堆积快，沉积速度大于盆地沉降速度，呈过饱和沉积，为成煤有机物质向煤岩转化创造了有利的环境。
四川前陆坳陷盆地的形成过程也是三叠纪含煤盆地的形成演化过程。晚三叠世早期，受西部藏滇板块的影响，西昌一带产生拉张性断裂，形成南北向展布的断陷盆地，堆积了磨拉石、河流相、湖沼相陆源含煤碎屑沉积。川西南会理—汉源有陆相含煤碎屑岩，含煤10余层。渡口、盐边为陆相含煤碎屑岩，宝鼎含煤45层，盐边含煤113层。晚三叠世中、晚期，受甘孜—阿坝弧后盆地挤压聚缩影响，断陷盆地转化为前陆盆地，广泛的超覆与四川盆地连成一体。滇中晚三叠世中、晚期形成河流—湖沼相沉积，亦与四川盆地连成一体，从而形成范围广阔的比现今四川盆地大得多的川滇黔含煤沉积盆地，即四川三叠纪含煤盆地的原型。
侏罗纪坳陷盆地是在晚三叠世前陆坳陷盆地基础上发育起来的，早侏罗至中侏罗世盆地继续扩大，向东与秭归、当阳盆地相连，向南延伸至滇黔，向北抵达陕南，面积达58×104km2。早侏罗世末至中侏罗世初的构造变动使中下侏罗统间形成侵蚀面，中侏罗世千佛崖期后又一次构造变动使下沙溪庙组地层超覆在马鞍山段地层之上，同时改变了盆地的沉积格局，从此由湖泊相沉积转变为河流相沉积，并在川北形成新的坳陷。
燕山中、晚期，秦岭褶皱带陆内挤压强烈，南秦岭由北向南推覆、滑脱，在秦岭隆升的同时形成山前坳陷，残留厚度达5000 m。现今川北坳陷的北缘并非沉积盆地的边界，北部岩层均已被剥蚀。早、中侏罗世是上扬子地块中、新生代沉积盆地范围最大的时期，晚侏罗世后盆地被分割解体，成为互不相连的独立盆地，初具了现代盆地雏形。早白垩世盆地范围进一步缩小，盆地东、南部抬升，沉积区向盆地北、西部退缩。
燕山晚期至喜马拉雅早期，盆地进入萎缩期，沉积范围大为缩小，晚白垩—始新世盆地北部已经隆升为陆，沉积地层仅分布在盆地西部和南部，并在芦山、西昌、会理形成2000～3000 m（残留）厚的山前坳陷沉积。
始新世中期，印度板块与欧亚板块缝合，上扬子地块西部广泛发育盖层褶皱，并结束了大范围的陆相沉积，四川盆地现今的面貌基本形成，从此进入盆地构造演化阶段，除有零星沉积分布外，以广泛遭受风化剥蚀和构造变形为其特征。始新世中期剧烈的构造变动，结束了盆地大面积陆相沉积，在19×104km2盆地范围内，除成都平原外，上第三系和第四系沉积仅有零星分布。
现今的四川盆地，西部以龙门山推覆带为界，北部以北大巴山推覆带为界，东部以七曜山断裂带为界，南部以不规则褶皱与西昌盆地相邻，盆地呈北东向菱形展布。盆地内次级构造呈现多期次、多方向、多构造样式，拆离构造与复合构造广泛分布。盆地的复杂构造型式除波及中、新生代沉积盖层外，震旦纪、古生代及早、中三叠世克拉通盆地形成的沉积盖层都被卷入。
四川中、新生代前陆盆地和坳陷盆地，其构造样式是多期次形成的。龙门山前缘北段褶皱是印支期形成的，南北向褶皱是晚始新世喜马拉雅早期形成的，川东、川南北北东向褶皱形成于新、老第三纪之间，北西向或东西向构造是新第三纪形成的，川西一带喜马拉雅晚期强烈的褶皱是第三纪与第四纪之间形成的。
震旦纪至中三叠世克拉通盆地，在印支晚期后形成上覆沉积盖层的过程中不断下陷深埋，受到不均衡沉降作用，下伏岩层也在变形拗折。由于震旦纪至中三叠世发育有中下寒武统、志留系、中下三叠统及其它塑性岩层组成的滑脱层，一直处于压应力作用下的四川盆地，在来自东南方向及多向的水平推覆作用下，由塑性层与脆性层组合的岩层，顺滑脱层推进形成拆离构造。由于四川盆地结晶基底刚性强硬，西部龙门山和北部大巴山推覆带都是盆地外部挤压应力的释放带，因而印支期后主要是来自东南方向的挤压应力在盆地较大范围形成滑脱构造。由于多期次、多方向的应力作用，盆地构造呈现多样性和复杂性，但在总体上反映出盆地周缘应力强褶皱强烈，盆内应力弱褶皱平缓的特征。盆地东部构造变形较西部强烈，川东梳状褶皱成排成带，川中穹隆状构造明显。
震旦纪至中三叠世期间，华南克拉通盆地经过志留纪末和中三叠世末两次明显的变形改造，四川盆地在燕山期初具雏形。印支期后，华南克拉通盆地被改造肢解，分割为大小不一的盆地或盆片，被卷入四川盆地的中三叠世前的岩层与上覆晚三叠世以后的中新生代岩层一体形成沉积构造盆地。经过印支、燕山、喜马拉雅期多期次改造，特别是始新世中期强烈的构造变动，中三叠世前的沉积盖层已完全卷入，与上叠岩层一体形成多种形式不同的次级构造，最终形成现今盆地的基本构造型式。华南克拉通盆地范围可达百余万平方千米，前陆断陷盆地和坳陷盆地面积达58×104km2，改造定型后的四川沉积构造盆地面积为19×104km2，这即是四川盆地由克拉通原型盆地演变为原型前陆盆地—坳陷盆地，再变形为现今沉积构造盆地的演化史。
四川盆地第一套含煤地层为晚二叠世吴家坪期龙潭煤系，分布在彭山—宜宾—六盘水一线以（北）东，德阳—涪陵—贵阳一线以（南）西，属含煤碎屑岩海岸平原相带，含煤岩系之上连续沉积了厚800～2600 m的早中三叠世灰岩、页岩、膏盐沉积盖层。另一套含煤地层是晚三叠世须家河煤系，主要含煤层位于须家河组上部，分布在盆地的东部，其上覆盖了连续沉积厚逾2000～4500 m的侏罗、白垩纪陆相砂岩、泥页岩。两套含煤岩系发育于晚古生代和中生代两个不同的世代，形成于克拉通和前陆坳陷两类不同的沉积盆地之中，又被后期构造运动改造形成统一体的含煤沉积构造盆地。
四川盆地结晶基底稳固，在古老地核被后期构造边界围限的范围内，印支期前差异升降运动使盆地沉积盖层形成大形隆起与坳陷，晚印支期后前陆坳陷盆地陡断带发育在盆地周缘，盆地内构造变形波及到盆地沉积盖层，以下部岩层卷入形式形成拆离、滑脱构造为特征，盆地内未造成大型块断升迁，因而龙潭煤系和须家河煤系两个世代的含煤岩系后期保存条件较好，对成煤、成烃都很有利。但含煤岩层埋深较大，煤岩变质程度较高，对煤层气勘探开发又都很不利。
参见《中国煤层气盆地图集》“四川盆地地质图”、“四川盆地和中生代陆相盆地位置图”、“四川盆地前泥盆纪地质图”、“四川盆地晚三叠世前地质图”、“四川盆地地质构造剖面图”、“四川盆地含煤岩系地层柱状图”、“四川盆地晚二叠世岩相古地理图”、“四川盆地晚二叠世吴家坪期岩相古地理图”、“四川盆地晚二叠世长兴期岩相古地理图”、“四川盆地晚三叠世马鞍塘—小塘子期岩相古地理图”、“四川盆地晚三叠世小塘子—须家河期岩相古地理图”、“四川盆地晚三叠世须家河期岩相古地理图”、“四川盆地早侏罗世自流井（白田坝）期岩相古地理图”、“四川盆地上三叠统小塘子组厚度图”、“四川盆地上三叠统须家河组厚度图”、“四川盆地上三叠统须家河组三段厚度图”、“四川盆地上三叠统须家河组四、五段厚度图”、“四川盆地下侏罗统自流井（白田坝）组厚度图”、“四川盆地上三叠统马鞍塘组，小塘子组，须家河组二、三段煤层厚度图”、“四川盆地上三叠统须家河组四、五段煤层厚度图”。