El territorio de la Comunidad Autónoma del País Vasco se incluye, casi íntegramente, en la Cuenca Vasco-Cantábrica que representa la prolongación occidental de la Cadena Alpina Pirenaica que, a su vez, constituye el borde septentrional de la placa Ibérica.

La cuenca Vasco-Cantábrica incluye el conjunto de materiales mesozoicos y cenozoicos localizados entre los afloramientos del Buntsandstein de Cantabria y norte de Palencia, al oeste; los Macizos Paleozoicos Vascos, al este y la cuenca cenozoica del Ebro, al sur.

El zócalo de esta cordillera lo forman rocas ígneas y metamórficas de edad paleozoica que están representados en el Macizo de Cinco Villas.

Los materiales de la cuenca son rocas sedimentarias de edad mesozoica y cenozoica, en las que se intercalan niveles de materiales plásticos, de los cuales el Trías salino es el más representativo. Toda esta pila sedimentaria tiene forma de cuña engrosada hacia el norte y se caracterizan por la enorme potencia de sus sucesiones sedimentarias, especialmente las del Cretácico, cuyo espesor acumulado ha sido estimado entre 12.000 m y 17.000 m. Este espesor es una prueba evidente de una fuerte subsidencia tectónica que justifica la denominación de "Cuenca" de esta unidad geológica.