Não apresenta evidências de atividade tectônica após a deposição dos sedimentos de idade paleógena (Grupo Taubaté).

Na cidade de São Paulo, os sedimentos da Formação São Paulo são os mais comuns, atingindo cerca de 80% do preenchimento da bacia.

O arcabouço da bacia é constituído por um hemigráben, com sua borda norte controlada por falhamentos normais.

Os sedimentos estão depositados, em sua maior parte sobre migmatitos do Grupo São Roque, em contato irregular.

As argilas orgânicas de Formação Tremembé formaram-se em sistema fluvial meandrante, no final da sedimentação da bacia.