长江三峡的形成是漫长的地质演变的结果。8亿年前，我国南方发生了“晋宁运动”，使这片露出海面的扬子古陆普遍发生褶皱、变质，大规模的岩浆活动，形成以花岗岩为主的坚硬侵入岩，这就为建筑三峡大坝提供了优良的坝基基础。
大约在古生代时期（开始于距今5.7亿年，结束于距今2.3亿年），三峡地区主要为海洋环境。中生代三叠纪末期（距今约1.9亿年）的 “印支运动”使三峡地区上升，海水退去，由大洋转为陆地。 7000万年前的“燕山运动”所造成的自北向南的推动力与太平洋壳自东向西的阻力共同作用，形成三峡地区现代地貌的基本骨架——川东皱褶带、盆周山地及鄂西山地,古代长江顺着山间低凹地带向东流去。
喜马拉雅运动形成了我国西高东低的地势，发源于青藏高原的古长江河源水系，汇聚起四川盆地内巨大的水量，沿着古代长江流路向东流去。当它流经泥岩、页岩和砂岩出露较多的向斜地段时，由于岩性松软，便形成宽敞的河谷；流经以石灰岩为主的背斜山地时，因岩性致密坚硬，抗蚀力强，江水顺着较发育的垂直裂隙向下侵蚀，两岸谷坡岩层失去支撑而崩塌，形成幽深险峻、峭壁临江的峡谷。经过漫长岁月的雕饰，天地间鬼斧神工般地造就了一个驰名中外的奇峡——长江三峡。
关于三峡的起源和时代问题，目前还是众说纷纭，归纳起来有先成河、顺向河、迭置河和袭夺河等四种假说。至于三峡形成的时代，有学者认为在侏罗纪或白垩纪，也有学者认为在第三纪以后。三峡的形成仍是自然之谜，还需进一步研究，待后人揭开谜底。
