中生代时因超大陆盘古大陆的水平破裂而形成。一般假设在泥盆纪已有原加勒比海盆地，在石炭纪初期冈瓦那大陆往北移动，靠近欧美大陆，使盆地面积渐渐缩小。下一阶段加勒比海的形成是在三叠纪。裂谷造成了狭长的槽状地形，从纽芬兰与拉布拉多延伸到墨西哥湾，是由硅质碎屑的沉积岩构成。在侏罗纪早期的，水进入了现在的墨西哥湾，形成狭长形的湖泊。在侏罗纪中期的裂谷作用形成了加勒比海的深盆地。盆地的出现也代表大西洋的开始，并在侏罗纪末期使盘古大陆瓦解。在白垩纪时加勒比海的形状和现在相近。在古近纪初期因为，加勒比海和墨西哥湾分开，和大西