松辽盆地是燕山运动以来形成于内蒙—兴安和吉黑两条海西期地槽褶皱带相邻处的大型中、新生代近海盆地，呈北北东—南南西方向，基底可能包括前寒武纪变质岩系。其形成、演化主要受盆地西缘、东缘呈北北东向的嫩江—那尔塔尔深断裂和依兰—伊通深断裂（地堑）以及位于盆地中部的中央大断裂（或称孙吴—双辽壳断裂）的控制。盆地内中新生代陆相沉积厚度超过6000米。其基本特点是在中、晩侏罗世，区内首先由张裂形成一些断陷（地堑），沉积物以含煤碎屑岩和火山岩为主。
至早白垩世，由于中央大断裂等强烈活动和上地幔拱起（莫霍面现在最深为29千米），地壳拉伸加剧，盆地由断陷沉降逐步转化为整体沉降，形成大型坳陷，并沉积了松花江群地层，是盆地的主要发育时期。早白垩世末，盆地东部抬升，湖盆收缩，并产生轻微褶皱，造成嫩江组与晚白垩世四方台组间的轻微角度不整合，同时沉积中心（也是沉降中心）向西偏移。这是盆地内最重要的一次构造运动，它既是松花江群下部构造形成期，也是其中生油母质成熟和油气开始运移时期，对盆地内油气藏形成具有重要意义。
松辽盆地“先张后压”“先断后拗”的构造特点，与一般断陷盆地不同，被称为断、拗转化盆地。按现代板块构造观点，根据盆地位于陆壳之上和岩浆弧后，区域布格重力异常反映为上地幔隆起，地壳较薄（33～29千米），以及断、拗的发育特点等，被认为属于“克拉通内断陷盆地”或“克拉通裂谷盆地”。
白垩纪松花江群以大型湖泊沉积为主，由深、浅湖相、滨湖相、河流三角洲相和浊积相沉积物组成，具有明显的沉积韵律（旋回）结构特征。其中以深湖相和较深湖相为主的青山口组和嫩江组下部两套非补偿性的黑色泥岩系，有机质十分丰富，是盆地内重要生油岩系。其转化效率高于美国尤因塔盆地的陆相绿河页岩和法国巴黎盆地的下托尔阶海相页岩。在烃类中，低碳正烷烃含量高，饱和烃/芳烃和老鮫烷/植烷的比值均较大，表明有机质主要来源于水生生物。干酪根类型以腐泥型（I型）和腐殖一腐泥型（H1型）为主。各项指标均说明青山口组和嫩江组下部沉积为十分良好的生油岩系。原油具有高含蜡特征。在中央坳陷内的姚家组、泉头组、登娄库组乃至侏罗系的一部分，均有一定的油气生成能力。
松辽盆地石油母质转化程度较高是其另一特点。除与有机质丰度高和干酪根类型有关外与该区高地温梯度和高地热流值的地温条件密切相关。同时还与分布广泛的嫩江组区域盖层严密封闭有关。由于严密封盖，形成良好的隔热、聚热条件；没有泄水区和地热露头，使大量热能集中于青山口组—嫩江组下部地层中，因此提高了这段地层的古地温梯度，从而促进了有机质向石油转化。这是造成松花江群主要生油层系达到成熟点的门限深度较浅，并于嫩江组沉积末即开始生油的另一重要原因。
松辽盆地主要生油层井烃类演化快，成熟相带窄，温度低，其成油高峰阶段在剖面上延续时限较短，当埋深超过2900米、温度超过120＆deg；C时已达到过成熟阶段。松花江群这些生油特点，与其它许多盆地有所不同。
松花江群内的储层以复矿质粉、细砂岩为主，包括三角洲、河口坝、水下砂坝、分流河道和席状砂以及滨、浅湖砂和浊积砂体等。物源来自盆地周围的河流，而以来自北部的三角洲砂体（盆地长轴方向）最大，砂层最厚，是形成大庆油田储层的主体。砂岩主要为泥质胶结，孔隙度、渗透性一般为中等—较好，向深部孔、渗性降低。
松花江群内的工业油层，除早期发现的六大油层（黑帝庙油层、萨尔图油层、葡萄花油层、高台子油层、扶余油层、杨大城子油层）外，近年又在泉头组底部、登娄库组上部和上侏罗统内，分别发现农安油层、小城子气层和四家子油层；在下第三系发现明水气层，扩大了找油气领域和远景。
由于松花江群具有旋回性结构特点，所以不乏盖层条件。盖层可分为区域盖层（如嫩江组下部）和临接盖层（靠近储层）两类，实际上有些主要生油层亦是较好的盖层。
在沉积旋回的情况下，生、储、盖层常间互出现，形成有利的配置关系，这种配置关系的岩段（包括工业油层）称为“含油地层组合”．主要有下部组合：包括杨大城子和扶余两油层；中部组合：包括高台子、葡萄花、萨尔图油层；上部组合：包括波拉台（黑帝庙）油层。还有深部组合：包括登娄库组和侏罗系油气层等。这些组合中，以中部组合含油最丰富，是盆地内的主要产油层。位于中央坳陷内的大庆油田，主要是中部组合与大庆长垣二级构造相互配置而形成的特大油田。
松辽盆地已发现的圈闭或油藏，以背斜型为主，此外尚有断层：岩性、地层和基岩油藏以及复合性油藏等。背斜油藏控制了大部石油储量，如大庆油田、扶余油田。而岩性油藏则以三肇凹陷分布最多。此外在西部斜坡可能是岩性或地层圈闭的有利形成场所。