四川盆地在距今1.4亿年以前,还是内陆湖盆。至距今6.6千万年时,盆地边缘山地迅速隆升,长江中上游水系开始沟通。盆地内湖水东泻奠定了现今之地貌形态。盆地边缘多低山和中山,山势陡峻,发源盆地边缘山地的河流大多为“V”型谷,岭谷高差都逾500~1 000米, 地表崎岖,故历史上就有“蜀道难,难于上青天”
盆地内河流之说。山脊海拔大多在2000~3000米,西北部与西部可超过3000~4000米,如龙门山4984米,峨眉山3099米,小相岭4 791米。地表广泛出露古生代及其以前的石灰岩,其次为板岩、片岩、结晶灰岩、石英岩、砂泥岩和砾岩,局部有花岗岩和玄武岩。石灰岩分布区可见石林、溶洞、暗河、槽谷等喀斯特地貌,盆地南缘兴文县素有“石林洞乡”之称(见兴文石林)。巫山十二峰和金佛山等名山主要也由石灰岩发育而成。由石灰岩、玄武岩、花岗岩等组成的峨眉山及由砂泥岩、砾岩组成的青城山,素有“峨眉天下秀”、“青城天下幽”之称,为中国著名游览胜地。