鄂尔多斯盆地是在古生代地台基础上产生和发展的大型内陆坳陷,形成于中生代的印支运动和燕山运动。
三迭世盆地还是华北地台上的一个西部坳陷,晚三叠世的印支运动,基底稳定下沉,盆地开始发育。燕山运动早中期(侏罗纪~白垩纪),坳陷内发生了强烈的水平运动,形成了西缘断褶带及南缘渭北构造带。燕山运动中晚期(白垩纪中、晚期)东部的吕梁山升起形成晋西挠褶带,坳陷遂与华北地台分离,形成了独立的鄂尔多斯盆地。
盆地沉积史和构造史的特点是:随着历史的推演,沉积和沉陷的中心不断向西推移。三叠纪盆地发育早期,沉积沉降中心位于盆地中部的直罗,吴旗,定边一带;白垩纪末盆地生长晚期,沉积沉降中心移到盆地西部边缘。吕梁山的崛起使盆地东部抬升,在此过程中,西部一直处于下沉状态,出现了天环坳陷,在盆地本部形成了西低东高的大型西斜单斜——中部斜坡。至此,地史时期不对称的向斜型沉积盆地发育结束,构造特征保持至今。